Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 9
1.1 Накопление растительных остатков в почве под влиянием сельскохозяйственных культур 9
1.2. Изменение органического вещества и его компонентного состава в зависимости от возделываемых культур 16
1.3. Трансформация органического вещества почвы под влиянием механических обработок 27
1.4. Изменение биологической активности почв под влиянием сельскохозяйственных культур 38
1.5. Влияние сельскохозяйственного использования на структурное состояние почвы 49
2. Объекты и методы исследований 57
2.1. Объекты исследований 57
2.2. Метеорологические условия в периоды проведения опытов 61
2.3. Методы исследований 65
3. Изменение физико-химических показателей и питательного режима светло-серой лесной почвы под влиянием паровых предшественников и механических обработок 66
3.1. Изменение физико-химических показателей под действием сидеральных культур 66
3.2. Изменение содержания элементов питания в почве под влияние сидеральных культур 70
3.3. Баланс элементов питания в зависимости от применения различных видов сидеральных удобрений 76
3.4. Динамика физико-химических показателей и питательного режима в зависимости от видов и сроков механических обработок 80
4. Динамика органического вещества светло-серой лесной почвы под влиянием сидеральных культур и приемов обработки 85
4.1. Динамика гумуса под влиянием сидератов и механических обработок почвы 85
4.1.1. Динамика содержания и запасов гумуса в звеньях севооборота с сидеральными культурами 85
4.1.2. Изменение содержания гумуса и его запасов в зависимости от разных способов и сроков обработок 95
4.2. Динамика фракционно-группового состава гумуса под влиянием паровых предшественников и приемов обработки 101
4.2.1. Фракционно-групповой состав гумуса в звеньях севооборота с сидеральными культурами 101
4.2.2. Динамика фракционно-группового состава гумуса под действием механических обработок 110
4.3. Изменение легкоразлагаемого органического вещества (ЛОВ) под влиянием парозанимающих культур и способов обработки почвы 118
4.3.1. Изменение содержания и запасов легкоразлагаемого органического вещества под влиянием сидеральных культур 118
4.3.2. Динамика легкоразлагаемого органического вещества при различных способах обработки почвы 127
5. Изменение биологической активности светло-серой лесной почвы при использовании сидеральных культур 13 5
6. Значение сидеральных культур и приемов обработки в структурообразование светло-серой лесной почвы 142
6.1. Значение сидеральных культур в формировании почвенной структуры 142
6.2. Роль гумуса и его состава на формирование водопрочных агрегатов светло-серой лесной почвы в зависимости от парозанимающей культуры 151
6.3. Динамика структурно-агрегатного состава почвы в зависимости от приемов обработки 156
7. Влияние сидератов и приемов обработки на урожайность сельскохозяйственных культур 164
Выводы 173
Рекомендации производству 176
Список используемой литературы 177
Приложения 206
- Изменение органического вещества и его компонентного состава в зависимости от возделываемых культур
- Метеорологические условия в периоды проведения опытов
- Изменение содержания элементов питания в почве под влияние сидеральных культур
- Динамика содержания и запасов гумуса в звеньях севооборота с сидеральными культурами
Введение к работе
Актуальность проблемы. Одним из наиболее важных факторов, определяющих уровень почвенного плодородия, является органическое вещество почвы. Динамика органического вещества и его компонентов определяется системой земледелия в каждом конкретном регионе. Современная система земледелия предусматривает использование биологического фактора в воспроизводстве плодородия почвы и оптимизации питания растений, включающий комплекс агроприемов, максимально адаптированных к естественному ходу почвообразовательных процессов и функционированию экосистем. К ним относятся рациональное сочетание и чередование зерновых и кормовых культур в структуре севооборота, использование органических удобрений и биоресурсов, внедрение различных видов механических обработок, направленных на сокращение энергетических затрат (Лошаков В.Г., 1980, 2007; Заикин В.П., Ивенин В.В., 2004; Лыков A.M., 2004).
В связи с дефицитом традиционных видов органических удобрений особенно актуальным становится использование биоресурсов — сидератов, растительных остатков возделываемых культур, многолетних трав. Особую роль в этом играют такие специфические и экологически чистые органические удобрения как сидераты. В целях повышения эффективности использования сидерации в земледелии необходим подбор наиболее продуктивных сидеральных культур и рациональное размещение их посевов в полевых севооборотах для улучшения положительного влияния сидерации на водный, воздушный и пищевой режимы, что, в конечном итоге, будет способствовать сохранению плодородия почвы и повышению урожайности сельскохозяйственных культур (Алексеев Е.К., 1959; Довбан К.И. 1990; Картамышев Н.И., 2000 и др.). Вопрос об использовании в качестве сидеральных культур клевера лугового и горчицы белой, их влияния на плодородие светло-серых лесных почв и продуктивность сельскохозяйственных культур в настоящее вре-
мя изучен недостаточно, поэтому данная проблема нашла отражение в наших исследованиях.
В настоящее время, в связи с приоритетным национальным проектом развития АПК, ведется распашка земель, выведенных из севооборота в период перестройки, что приводит к диспропорции между количеством синтезируемой органической массы и поступающей в почву после отчуждения большей части в виде урожая, а, следовательно, и к изменению содержания органического вещества почвы. В связи с этим актуальным является изучение различных способов и сроков обработки на интенсивность процессов образования и разложения органического вещества почвы.
Цель и задачи исследования.
Целью наших исследований было изучить динамику органического вещества светло-серой лесной почвы под влиянием различных сидеральных культур в полевом севообороте, а также способов и сроков механических обработок.
В задачи исследований входило:
Установить изменение содержания, запасов и компонентного состава органического вещества светло-серой лесной почвы под влиянием различных паровых предшественников и приемов обработки.
Определить значение сидеральных паров на пищевой режим и биологическую активность почвы.
Исследовать динамику структурного состояния светло-серой лесной почвы и выявить влияние гумуса и его компонентов на агрегатный состав.
Оценить влияние зеленых удобрений и способов обработки почвы на урожайность сельскохозяйственных культур.
Научная новизна.
Впервые в условиях Волго-Вятского региона изучено использование в качестве сидеральной культуры клевера лугового с различной комбинацией его заделки в почву. Показано влияние паровых предшественников в действии и последействии сидератов на динамику органического вещества. Установлено, что трансформации подвергаются наиболее лабильные его компоненты (ЛОВ),
а консервативные формы являются наименее динамичными. Установлено, что на изменение фракционно-группового состава гумуса в зерновом агрофитоце-нозе оказывают влияние сезонная динамика и рыхление почвы.
Впервые была изучена интенсивность процессов минерализации и гумификации органического вещества вследствие распашки многолетней залежи (более 20 лет) различными способами и в разные сроки. Исследования показали, что наименьшие потери гумуса наблюдаются при более поздних (июль и август) сроках вспашки и минимальных поверхностных обработках (дискование и лущение на 10-12 см), что позволяет рекомендовать данные приемы обработки при активном освоении залежных земель в современных условиях.
Основные положения, выносимые на защиту.
Использование в зернопаропропашном севообороте в качестве зеленого удобрения сидерального клевера и белой горчицы способствует снижению потерь гумуса и его накоплению по сравнению с чистым паром; при этом под влиянием сидеральных культур в составе гумуса возрастает доля негидролизуемого остатка.
Вспашка в поздние сроки (5 июля и 2 августа) и многократные поверхностные обработки достоверно сокращают потери гумуса в почве. Распашка многолетней залежи способствует повышению содержания гуминовых кислот и снижению фульвокислот в составе гумуса.
Использование светло-серых лесных почв в зерновых агрофитоценозах приводит к изменению состояния органического вещества и особенно его лег-коразлагаемой части. При этом наибольшее влияние на накопление ЛОВ в почве оказывают клеверные пары. Обработка залежи сопровождается достоверным снижением содержания ЛОВ, при этом вспашка 2 августа сокращает потери легкоразлагаемого органического вещества. В последующие периоды уровень содержания ЛОВ определяется урожайностью возделываемых культур.
На урожайность озимых зерновых культур наибольшее влияние оказывает чистый пар, особенно в экстремальных погодных условиях, а из паровых предшественников - сидеральный клевер. Распашка залежи в ранние
сроки на глубину 27 см и поверхностные обработки на глубину 10-12 см способствуют увеличению урожайности озимой ржи.
Практическая значимость работы.
Результаты исследований могут быть рекомендованы для проведения мероприятий, направленных на увеличение содержания органического вещества и улучшение структурного состояния почв в условиях северной лесостепи; при разработке севооборотов в адаптивно-ландшафтных системах земледелия и приемов по рекультивации залежных земель.
Изменение органического вещества и его компонентного состава в зависимости от возделываемых культур
Органическое вещество почв является основным компонентом, обеспечивающим продуктивность и экологическую устойчивость не только почв и экосистемы, но и биосферы. Органическое вещество почвы - ключевой компонент, контролирующий большую часть ее биогеоценотических и эколого-биосферных функций.
Гумусовое состояние почв существенно влияет на их генезис, плодородие и протекторные функции при использовании почв для различных функциональных целей. Для оптимизации гумусного состояния почв необходимы большая масса опада, преобладание в нем белков, отсутствие дубильных веществ, восков, значительная доля корневого опада, большая емкость почв, нейтральная реакция, разложение в контакте с почвой, чередование периодов увлажнения и иссушения (Александрова Л.Н., 1980; Духанин Ю.А., Савич В.И., 2006). Органическое вещество в целом и отдельные его группы разно стороннє влияют на формирование почвенного плодородия и выполняют множество функций (Кирюшин В.И.,1996; Прокашев A.M., 2006).
В решении проблемы регулирования почвенного плодородия важная роль принадлежит севооборотам. Они обеспечивают лучшее использование почвенной влаги, в значительной степени предотвращая отрицательное действие засухи и эрозии почвы, служат агротехническим средством борьбы с вредителями и болезнями, сорной растительностью, позволяют сконцентрировать приемы обработки почвы и применения удобрений в одной ротационной системе (Листопадов И.Н., Шапошникова И.М., 1984).
В.Г. Минеев (1990) на основании обобщения результатов многолетних исследований установил, что увеличение в почве содержания гумуса на 1% повышает продуктивность севооборота на 25%. Автором подсчитано, что в среднем по России абсолютное уменьшение содержания гумуса в почве на 0,5% влечет за собой снижение урожайности в пересчете на зерновой эквивалент на 2,4 ц/га.
Роль различных растений в восполнении запасов гумуса в пахотных почвах неодинакова. Лишь при гумификации пожнивно-корневых остатков многолетних бобовых трав обеспечивается не только восстановление запасов минерализованного гумуса, но и увеличение его количества в почве. В среднем многолетние травы в зависимости от срока возделывания и уровня урожаев накапливают в почве 0,5-1,0 т/га гумуса (Жуков А.И., Попов П.Д., 1988). Доказано, что многолетние травы в Нечерноземной зоне способствуют накоплению гумуса в почве (Прянишников Д. Н., 1965; Егоров В. Е., 1979; Дектярева Т.Л., Полуэктова Е.А, 2008). Однако отмечено, что в результате распашки пласта трав гумус, накопленный за время пользования травами, быстро теряется. Как показывают Н. А. Панкова (1958) и М. М. Кононова (1963) накопленный под травами перегной разлагается довольно быстро, и уже к концу второго года после распашки почва мало отличается от исходного состояния. По подсчетам М. М. Кононовой, эти потери гумуса составляют около 10-12 т на 1 га (Левин Ф.И., 1972). Влияние однолетних культур и, особенно, повторного их выращивания на динамику гумуса в почве исследовано меньше и полученные данные более разноречивы. По данным И. Г. Юлушева и С. Н. Юркина (1970) под яровой пшеницей без применения удобрений при урожае зерна 20 ц/га убыль гумуса составила за год 9 ц/га. В опытах ТСХА на подзолистых почвах возделывание однолетних культур без внесения органических удобрений также приводило к потере гумуса как при бессменном посеве, так и в севообороте (Егоров В. Е., 1961). В исследованиях В. П. Нарциссова (1982) на светло-серых лесных почвах Нижегородской области отмечалось некоторое увеличение гумуса после яровых зерновых культур.
Т.М. Кулаковской (1976) установлено, что последовательное увеличение содержания гумуса на 0,5% в пахотном слое дерново-подзолистой почвы привело к повышению урожайности ячменя на 5-6 ц/га в диапазоне содержания гумуса от 1,35 до 3,08%. Близкие к указанным результаты были получены и в опытах A.M. Лыкова (1981).
В длительных опытах с бессменным посевом ряда полевых культур на подзолистых почвах не наблюдается заметного снижения гумуса. Так, изменение содержания гумуса за 76 лет бессменного возделывания ржи были в пределах - от - 0,15% до +0,12% (Монтуляк Г.С., 1960).
В длительном опыте ТСХА с бессменными культурами содержание гумуса определяли многие исследователи. По данным В. Е. Егорова (1961) на неудобренных делянках бессменного овса, озимой ржи и клевера содержание гумуса за 18 лет не снизилось, а, наоборот, увеличилось: на варианте с овсом содержание гумуса увеличилось с 1,95 до 2,12%, озимой рожью — с 1,98 до 2,28%, клевером - с 2,12 до 2,57%. Результаты исследований М. Г. Чижевского (1957) показали, что содержание гумуса на делянках картофеля, ржи и клевера за 20 лет этого же опыта увеличилось на 0,32-0,42% от веса почвы.
В опытах Огайской станции (Salter R.M., Green F.J., 1933) за 30 лет при бессменном возделывании кукурузы количество гумуса уменьшилось на 68%, при бессменной пшенице - на 38%. В 25-летних опытах Канзасской станции потери гумуса под бессменной кукурузой, вычисленные по формуле Солтера, были в 2 - 3 раза больше, чем под бессменной пшеницей (Левин Ф.И., 1972).
Результаты исследований А.Ю. Батудаева с соавт. (2004) в опытах с бессменной пшеницей и с различными видами паров также подтверждают данное заключение. Так, при возделывании на одном месте яровой пшеницы в течение 12 лет наблюдается тенденция к повышению содержания гумуса относительно исходного уровня как в слое 0-20 см, так и в подпахотном, тогда как в севообороте с чистым паром на варианте без применения удобрений в паровом поле содержание гумуса снизилось с 1,45% до 1,36% в слое почвы 0-20 см и с 1,32% до 1,29%о в слое 20-40 см. По данным В.И. Кирюшина (1987), абсолютные потери гумуса на паровых полях без внесения органических удобрений в среднем достигают 1,5-2,0 т/га в год. Поэтому поддержание и создание положительного баланса гумуса имеет первостепенное значение в повышении продуктивности и устойчивости земледелия.
Изменяя соотношение культур в севообороте, в значительной степени можно регулировать поступление органического вещества в почву. Постоянное выращивание картофеля на одном месте ведет к уменьшению запасов гумуса (Ревут И.Б., 1969). В исследованиях В.В. Ивенина и В.П. Заикина (1995) на светло-серых лесных почвах повторные посадки картофеля на фоне минеральных удобрений (2-4 года) способствовали более быстрому снижению содержания гумуса, чем при бессменном возделывании зерновых культур или при их чередовании с картофелем. Исследования в Центрально-Черноземном районе показали, что основополагающим принципом чередования культур в севооборотах является плодосмен, который обеспечивает сбалансированность процессов синтеза и разложения гумуса (Сидоров М. И., 1986).
Метеорологические условия в периоды проведения опытов
Территория Богородского района, где были заложены опыты, относится к умеренно теплому агроклиматическому району. В этом районе сумма средних суточных температур воздуха за период с температурой выше 10С составляет 2100-2200С. Продолжительность периода с температурой выше 10С равна 130-135 дней. Заморозки весной прекращаются к 10 мая, первые заморозки осенью начинаются 25-30 сентября. Продолжительность безморозного периода составляет 135-140 дней. Устойчивый снежный покров образуется в третьей декаде ноября. Годовая сумма осадков составляет 460-500 мм, за период вегетации 250-300 мм. ГТК равен 1,2, что характеризует климат как умеренно влажный.
Для жизнедеятельности озимых и многолетних трав большое значение имеет продолжительность безморозного периода и условия перезимовки. Как правило, безморозный период близок по срокам к периоду со среднесуточными температурами выше 10С, однако могут быть и значительные отклонения. Наименьшая продолжительность безморозного периода, отмеченная на территории области - 82-102 дня, наибольшая - 158-178 дней. На поверхности почвы безморозный период примерно на 10-12 дней короче. Зимний период начинается с устойчивого перехода среднесуточной температуры воздуха через 0С (25 октября - 2 ноября). Наиболее холодными бывают обычно вторая половина января и начало февраля. Достаточно надежной защитой от вымерзания для озимых и многолетних трав является снежный покров высотой 30 см. В условиях Нижегородской области нередко бывают зимы с очень сильными морозами. Это вызывает гибель растений, снижает урожай зерна и сена и ухудшает его качество. Морозостойкость клевера лугового зависит от возраста растений и периода зимы. Так, снижение морозостойкости наблюдается у клевера второго и третьего года жизни, особенно в конце зимы.
Одним из важнейших факторов, обусловливающих возможность возделывания культур, является влажность почвы. Отсутствие или снижение количества осадков влечет за собой пересыхание пахотного слоя почвы, а затем и более глубоких слоев, создавая неблагоприятные условия для вегетации растений. За период активной вегетации основных культур в среднем выпадает 240-280 мм. Клевер луговой влаголюбивое растение, влажность почвы должна поддерживаться на уровне 70-80% полевой влагоемкости. Суммарное водопотребление его составляет 500-600 единиц, что означает суммарный расход воды на формирование одной единицы сухой массы. При возделывании клевера лугового устойчивые и хорошие урожаи получают в тех районах, где выпадает в год не менее 400-450 мм осадков.
Метеорологические условия в годы проведения исследований складывались следующим образом (таблицы 2 и 3). Зима 2005 г. характеризовалась как теплая. В среднем за январь и февраль среднесуточная температура воздуха составила -7,6С, а среднемноголетняя величина -11,7С. Средняя температура января составила всего лишь -5,0С при среднемноголетнем значении -12,0С. Весна 2005 года была несколько холоднее средних значений в марте, а в апреле и мае среднесуточные температуры были выше среднемно-голетних на 3-4С. Осадков за весну выпало больше нормы.
Декабрь -9,9 -5,0 -1,1 -6,2 Лето 2005 года началось с затяжных дождей, и в июне их выпало практически в 2 раза больше, чем по среднемноголетним данным (124,5 и 64 мм соответственно). Июль и август оказались суше обычного. В июле осадков выпало 69,3% от среднемноголетнего значения, а в августе вообще только 12,4%. Это сказалось отрицательно на качестве подготовки почвы к посеву озимых и их прорастании и развитии в первый период. К тому же осадков в сентябре 2005 года выпало всего 10,7 мм, при среднемноголетнем значении 58 мм. И не было осадков в первой декаде октября. Очень плохие условия для прорастания озимых и их развития сложились при поздней обработке почвы под них. В наших условиях это озимые по отаве клевера на сидерацию, где вспашка по схеме опыта № 1 была проведена 1 августа, а также поздняя распашка залежи (2 августа) на глубину 20 см в опыте № 2.
Зима 2005-2006 гг. по температурному режиму была близка к средне-многолетним значениям. Снежный покров образовался 2 декабря, что обычно происходит в третьей декаде ноября. Средняя температура декабря была -5,0С, что составило 55,6% от нормы (-9,0С). Январь был близок по средне суточной температуре к норме (-12,9С), а февраль был холоднее января на -0,5 С, и холоднее, чем среднемноголетняя его температура на -1,8С.
Весна 2006 года была теплее по сравнению со среднемноголетними значениями. Лето началось с высоких температур в июне и, в результате, этот месяц оказался на 3,6С теплее, чем норма. Осадков за июнь выпало 68,9% от среднемноголетнего значения. Июль и август 2006 года по температурному режиму мало отличались от среднемноголетнего. В среднем за лето выпало осадков на 18,3% меньше, чем их среднемноголетнее количество. Осенью 2006 года количество осадков выпало в 1,5 раза больше среднемно-голетних значений, а среднемесячная температура воздуха была также выше нормы. Это оказало существенное влияние на активную деятельность почвенной микробиоты.
Зима 2006-2007 гг. была аномально теплой: в декабре среднесуточная температура составила всего -1,1 С (среднемноголетняя -9,0С); в январе -3,1 при норме -12,1 С; и только в феврале среднесуточная температура воздуха приблизилась к многолетним значениям (-12,7С). Весна 2007 года началась с теплой погоды: в марте среднесуточная температура воздуха оказалась на 7С выше нормы. Апрель так же был теплее по сравнению со среднемноголетними данными. Такие погодные условия способствовали более раннему прогреванию почвы и подготовки ее к посеву яровых культур и посадки картофеля. Лето 2007 года было неблагоприятным для выращивания яровых зерновых культур. В июне осадков выпало 64,4% от нормы. Август оказался жарким и сухим. Кратковременные грозовые дожди выпадали в небольшом количестве только в конце месяца. Таким образом, погодные условия в годы исследований отмечались большим разнообразием и позволили изучить влияние сидерации и распашки залежи в различных условиях увлажнения территории.
Изменение содержания элементов питания в почве под влияние сидеральных культур
В условиях крайне ограниченного применения удобрений решение задачи сохранения и повышения почвенного плодородия возможно путем био-логизации земледелия, в частности, рационального освоения севооборотов (Абасов М.М., Гасанов Г.Н. и др., 2004). Роль зеленого удобрения как источника питания бесспорна. Его удобрительный эффект обусловлен теми питательными веществами, которые высвобождаются при разложении биомассы (Яговенко Л.Л., Такунов И.П. и др., 1996, 1997, 2003; Гареев СП., Макаров А.Р. и др., 1997; Котлярова О.Г., Черенков В.В., 1998).
Данные по содержанию элементов питания в почве в посевах озимых зерновых после различных парозанимающих культур представлены в таблицах 6 и 7 и на рисунках 1, 2, 3 и 4. В целом почва опыта, где проводились наши исследования, характеризуется высоким и очень высоким содержанием подвижного фосфора (от 153,6 до 274,4 мг/кг почвы). HCPos 15,4 8,4 12,8 10,3 12,6 5,4 14,2 3,9 15,5 F,j, FT минерализации органического вещества при отсутствии культурных и сорных растений способствует накоплению в почве доступных форм питательных веществ (Абасов М.М., Гасанов Г.Н. и др., 2004). Вариант с отавой клевера характеризуется более высоким содержанием фосфора, это может быть связано с тем, что клевер в рассматриваемом варианте опыта, за счет поздней запашки, накопил больше фосфора, в результате более длительного срока вегетации. В работе Л.Л. Яговенко и др. (2003) отмечается, что корневая система сидератов осуществляет подъем водорастворимых питательных веществ из глубоких горизонтов в пахотный слой, в результате чего они вновь вовлекаются в биологический круговорот. В вариантах с белой горчицей и скошенным клевером содержание фосфора составило 207,7 и 200,6 мг/кг почвы соответственно, что, вероятнее всего, связано с большим количеством запаханной зеленой массы.
К моменту уборки сельскохозяйственных культур (2006 и 2007 год) по всем вариантам опыта содержание подвижного фосфора снижается за счет выноса данного элемента питания урожаем, как в действии, так и последействии парозанимающих культур. Наиболее значительное его снижение наблюдается в варианте с чистым паром, тогда как в вариантах с сидеральными культурами эти потери уменьшаются, так как растительные остатки зеленых удобрений постепенно минерализуются и большая часть элементов питания высвобождается в почву. Белая горчица проявила себя только к осени 2006 года - содержание фосфора в этом варианте даже увеличилось.
Использование в качестве сидеральной культуры белой горчицы приводит к наибольшему содержанию обменного калия в почве (таблица 6, рисунок 2). Это связано с тем, что данная культура накапливает большое количество этого элемента в своей биомассе. Содержание калия в вариантах со скошенным клевером и его отавой достоверно снижается, что связано, в первом случае с небольшим количеством запаханной зеленой массы и более медленной трансформацией корневых остатков, а во втором — с поздней запашкой зеленого удобрения. В варианте с чистым паром и сидеральным кле вером содержание обменного калия было примерно на одном уровне и составило 105,5 и 107,9 мг/кг почвы соответственно. осень 2005 г. весна 2006 г. осень 2006 г. весна 2007 г. осень 2007 г.
Следует отметить, что в варианте с отавой клевера к моменту уборки озимой пшеницы (2006 год) содержание обменного калия увеличивается с 86,3 до 94,0 мг/кг почвы, тогда как в остальных вариантах опыта оно заметно снижается, так как отава клевера была запахана в более поздний срок по сравнению с сиде-ральным и скошенным клеверами, поэтому процесс ее минерализации затянулся.
Изменение содержания элементов питания в почве в большой степени зависит от биологических особенностей и урожая возделываемых культур. Так, картофель, как культура более требовательная к калию (Каюмов М.К., 1989), снижает его содержание с 121,6-126,0 до 79,8-88,1 мг/кг почвы, причем наибольшее его снижение отмечается в варианте с высоким урожаем, тогда как возделывание яровой пшеницы способствует меньшему выносу этого элемента питания из почвы.
Обращает на себя внимание тот факт, что к весне 2007 года на всех вариантах опыта содержание подвижного фосфора и обменного калия увеличивается или остается на прежнем уровне. Такие изменения связаны, прежде всего, с погодно-климатическими условиями осеннее-весеннего периода 2006-2007 года: аномально теплая зима способствовала активной минерализации органического вещества почвы (главным образом его легкогидролизуемой части), являющегося основным источником элементов питания в почве.
В звеньях севооборота с озимой рожью (таблица 7, рисунок 3 и 4) в целом проявляется та же тенденция по изменению содержания элементов питания, как и в вариантах с озимой пшеницей. Так, в начале наших наблюдений наибольшим содержанием подвижного фосфора характеризовался вариант с чистым паром, что еще раз подтверждает его способность высвобождать и накапливать элементы питания (Сафонов А.Ф., Алферов А.А, 2002). При использовании в качестве сидеральной культуры различных видов клевера содержание фосфора было также высоким (228,0-224,8 мг/кг почвы), но существенных изменений по вариантам не наблюдалось. Наименьшим содержанием подвижного фосфора характеризуется вариант с белой горчицей, что объясняется биологическими особенностями данной культуры: в своей биомассе она накапливает небольшое количество фосфора.
Постепенная минерализация запаханной зеленой массы клевера с высвобождением элементов питания способствовала наименьшему снижению подвижного фосфора в последующие периоды наблюдения, тогда как в вариантах с чистым паром и белой горчицей его снижения более значительны. Анализируя данные по содержанию обменного калия в звеньях севооборота с озимой рожью можно отметить, что наибольшее его содержание после запашки сидеральных культур (2005 год) наблюдается в варианте с чистым паром, белой горчицей и сидеральным клевером, а минимальное его количество содержится в варианте с отавой клевера вследствие более поздней ее запашки в почву.
Динамика обменного калия в почве аналогична динамике подвижного фосфора: в вариантах с сидеральным, скошенным и отавой клевера его содержание увеличивается или остается на прежнем уровне, а в вариантах с чистым паром и белой горчицей снижается. Это обусловлено теми же причинами, что и в случае с фосфором.
Обращает на себя внимание то, что к осени 2007 года содержание обменного калия по всем вариантам опыта выравнивается, характеризуется как среднее, и составляет 90,4-99,1 мг/кг почвы. Однако следует отметить, что, также как и в звеньях севооборота с озимой пшеницей, наибольший вынос калия отмечается при возделывании картофеля, как культуры, более требовательной к калийному питанию.
Таким образом, на основании проведенных исследований, можно сделать вывод, что чистый пар является хорошим предшественником для сельскохозяйственных культур, поскольку в нем накапливается большее количество элементов питания, однако этот резерв питательных элементов быстро расходуется, тогда как использование в качестве зеленых удобрений различных видов клевер за счет постепенной минерализации способствует поддержанию содержания элементов питания на высоком уровне более длительное время.
В конкретных условиях с целью прогноза урожайности культур необходимо определение баланса питательных веществ, так как именно в этом показателе отражены сведения о связи удобрений с почвой, растением и ок ружающей средой. Баланс характеризует не только долю участия удобрения в малом биологическом круговороте и обеспеченности сельскохозяйственных культур элементами питания, но также определяет изменение их содержания в почве, позволяет количественно прогнозировать тенденцию изменения плодородия почв (Лебедь Е.М. и др., 1999; Котлярова О.Г. и др., 2007; Жеряков Е.В., 2008; Персикова Т.Ф., 2008).
В настоящее время широко используется такой показатель, как интенсивность баланса, или отношение возмещения к вьшосу питательных элементов. В соответствии с этим баланс может быть пассивным, бездефицитным и активным, если возмещение соответственно меньше, равно или больше выноса. При этом если темпы роста применения удобрений опережают увеличение выноса питательных веществ, растет емкость баланса и его интенсивность (Юркин С.Н., 1974).
В наших исследованиях баланс азота, фосфора и калия был составлен с учетом поступления элементов питания с сидеральными культурами (приход) и выносом их урожаем озимых зерновых культур (расход). Расчеты показали (таблица 8), что в варианте с чистым паром, где удобрения не вносились, баланс питательных элементов отрицательный. При этом интенсивность баланса по - азоту, фосфору и калию равна нулю, что свидетельствует о недостаточном количестве этих элементов питания без внесения удобрений для урожая культур севооборота и плодородия почвы. Наибольший дефицит в варианте с чистым паром отмечается по азоту и калию, поскольку эти элементы в большей степени необходимы озимым зерновым культурам для формирования урожая.
Динамика содержания и запасов гумуса в звеньях севооборота с сидеральными культурами
По мнению ряда исследователей (Зубенко В.Ф., 1973; Гамзиков Г.П., 1981; Ефимов В.Н., Донских И.Н. и др., 1984; Лыков A.M., Иванов Ю.Д. и др. 1984; Кант Г., 1988; Довбан К.И., 1990; Заикин В.П. и др., 1991; Милюткин В.А. и др., 1999; Тиранов А.Б., 2008; Kohnlein I., Vetter Н., 1963) зеленые удобрения являются существенным источником органического вещества почвы. При этом установлено, что длительное применение сидератов и высокая степень насыщенности ими севооборотов способствует устойчивой стабилизации и даже росту гумусированности почв. В то же время имеется немало опытных данных, согласно которым сидераты способствуют лишь поддержанию гумуса в почве на исходном уровне (Тюрин И.В., 1965; Springer U., 1962; Springer U., Netzsch-Lehner А., 1966). Так, по данным A.M. Лыкова (2004), в зернопропашном севообороте сидераты не обеспечивали бездефи-цитного баланса гумуса, но значительно ограничивали его убыль.
Более глубокое исследование этого вопроса показало, что результаты по воздействию сидератов на гумусовое состояние почв определяются видом и фазой развития запахиваемых растений, агротехникой использования их- на удобрение и почвенно-климатическими условиями (Антипов-Каратаев И.Н. и др., 1948; КовдаВ.А., 1981; Hobbs J.A., 1958; Jenny Н. и др., 1968).
Проведенные исследования (таблица 11, рисунок 5) показывают, что содержание гумуса после запашке сидеральных культур (осень 2005 года) различается в зависимости от варианта опыта. Наибольшее его содержание отмечается в варианте с сидеральным клевером и составляет 2,29% за счет максимального количества запаханной зеленой биомассы (таблица 35), наименьшее — в вариантах 1 и 5 (чистый пар, отава клевера). Это связано с тем, что в чистом пару органическое вещество не поступало, а процесс минерализации гумуса шел более активно, чем в занятых парах вследствие частых механических обработок почвы. Пониженное содержание гумуса в варианте с отавой клевера, по сравнению с остальные сидеральными культурами, обусловлено тем, что с возрастом в зеленой массе сидерата увеличивается содержание клетчатки и возрастает отношение C:N, что снижает скорость разложения растительных остатков и, следовательно, интенсивность процессов гумусообразования (Алексеев Е.К., 1948, 1959; Лыков A.M., 2004; Hobbs J.A., 1958; Jenny Н. и др., 1968). Кроме того, при отрастании отавы растения клевера используют из почвы значительное количество азота, это в свою очередь ведет к снижению активности микроорганизмов (по сравнению с сидеральным и скошенным клевером) и замедлению процессов минерализации растительных остатков (Лыков A.M., 2004). В вариантах с белой горчицей и скошенным клевером содержание гумуса изменилось в соответствии с поступлением органического вещества в почву и составило 2,03 и 1,94% соответственно. НСРоз 0,15 0,15 0,12 0,03J 0,04 К осени "2006 года содержания гумуса достоверно снижается по всем вариантам опыта по сравнению с первоначальным периодом, причем более заметно в вариантах с белой горчицей (на 13,3%) и сидеральным клевером (на 17,5%). По мнению A.M. Лыкова (2004) это может быть связано с тем, что соотношение C:N у этих культур более узкое, в результате чего разложение органического вещества идет быстрее и сопровождается минерализацией азота, а не образованием собственно гумусовых веществ. Содержание гумуса в варианте со скошенным клевером остается на прежнем уровне и составляет 1,96%, за счет того, что разложение корней клевера происходит медленно и приводит к связыванию минерального азота и стабилизации гумусового со стояния почвы. Возделывание озимой пшеницы по чистому пару снизило содержание гумуса на 0,20%, а по отаве клевера - на 0,12%.
В звеньях севооборота, где в качестве сидеральной культуры использовались различные варианты с клевером, содержание гумуса изменяется следующим образом: незначительное снижение содержания гумуса (на 0,03%) наблюдается при возделывании яровой пшеницы по отаве клевера; в варианте с сидеральным и скошенным клевером это снижение составило 0,10 и 0,09%, соответственно. Однако эти изменения во всех вариантах опыта не достоверны, свидетельствуя о том, что возделывание клевера способствует замедлению темпов минерализации органического вещества (Гамзиков Г.П., 1981; Довбан К.И., 1990; Ушаков Р.Н., 2001; Холзаков В.М., 2001; Springer U, 1962, 1966).
В посевах озимой ржи (таблица 12, рисунок 7) осенью 2005 года после запашки сидеральных культур наибольшее содержание гумуса отмечается в варианте с сидеральным клевером (1,87%), а наименьшее - со скошенным клевером (1,55% ). Вариант с запашкой отавы клевера в качестве зеленого удобрения занимает промежуточное положение, и содержание гумуса в нем составляет 1,73% . Содержание гумуса в нашем случае напрямую зависит от количества запаханной зеленой массы (таблица 36). Содержание гумуса в вариантах с чистым паром и белой горчицей, используемой в качестве зеленого удобрения, находится на одном уровне и составляет 1,66%. Зеленая масса белой горчицы, запаханная в более поздние сроки по сравнению с клевером, еще не успела полностью минерализоваться, поскольку период с июля по сентябрь характеризовался засушливыми и жаркими погодными условиями, что способствовало затуханию микробиологической деятельности и снижению скорости разложения запаханных растительных остатков. Именно в этом варианте, а также по отаве клевера, к осени 2006 года проявилась максимальное увеличение содержания гумуса, так как процесс минерализации зеленой массы и её гумификации был сдвинут на более поздние периоды, тем более что погодные условия осеннее-весеннего периода были благоприятны для минерализации и гумификации растительных остатков. По данным ряда исследователей (Кононова М.М., 1963; Пошон Ж., Баржак Г.Д., 1960) процессам гумусонакопления при разложении растительных остатков способствует смена оптимального увлажнения на переувлажнение почвы. Согласно данным метеоусловий (таблица 3) количество осадков в период с июля по октябрь 2005 года выпало значительно меньше по сравнению со среднемноголетними данными, тогда как в осенне-весенний период 2005-2006 г.г. их количество заметно возросло, что приве ло к увеличению влажности почвы и более интенсивному проявлению процессов минерализации - гумификации.
В звеньях севооборота «сидеральный клевер — озимая рожь» и «отава клевера — озимая рожь» наблюдается более стабильное содержание гумуса в период с 2005 по 2006 год. Количество запаханной зеленой массы в этих вариантах было максимальным и постепенное ее разложение способствовало стабилизации гумуса.
Влияние биомассы сидеральных культур в вариантах с белой горчицей и сидеральным клевером (по сравнению с чистым паром) к осени 2006 года описывается квадратичными уравнениями регрессии (рисунок 6), согласно которым в посевах с озимой пшеницей содержание гумуса на 64% зависело от количества запаханной массы сидерата (R = 0,643), в посевах озимой ржи при прочих равных условиях это влияние проявилось на 41% (R2 = 0,407). Это свидетельствует о том, что динамика гумусообразования зависела не только от сидератов, но на неё оказывали влияние выращиваемые в севообороте озимые зерновые культуры.
