Содержание к диссертации
Введение
1 Проблема исследования компонентного состава и баланса чернозема типичного цчо в различных режимах его использования 9
1.1 Изменение компонентного состава чернозема типичного ЦЧО в различных режимах его использования 13
1.2 Проблемы исследования баланса гумуса в почвах и оценка методов его расчетов 33
1.3 Экологические проблемы интенсивного использования чернозема типичного ЦЧО ...39
2 Методология, объекты и методы выявления из менения компонентного состава чернозема ти пичного ЦЧО 44
2.1 Методологические основы выявления изменения компонентного состава черноземов ...44
2.2 Критерии выбора объекта исследования 47
2.3 Характеристика объектов исследования и их место в ЦЧО 52
2.4 Выбор контролируемых показателей 63
2.5 Методика проведения исследования 64
3 Изменчивость компонентного состава чернозе ма типичного в разных режимах его использования 70
3.1 Изменение содержания валового гумуса в различных режимах использования почвы. 70
3.2 Изменение обменной кислотности в различных режимах использования почвы 76
33 Изменение гидролитической кислотности в различных режимах использования почвы... .79
3.4 Состояние поглощенных оснований в различных режимах использования почвы ...82
3.5 Состояние подвижного фосфора и обменного калия в различных режимах использования почвы 86
3.6 Химический состав надземной и подземной частей растений, минеральных и органических удобрений 92
3.7 Баланс биомассы культур севооборота и направленность изменения содержания химических элементов на разноудобренных вариантах опыта 96
3.8 Баланс 12 химических элементов (N, Р, К, Са, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Mn, Si, S) под культурами севооборота за ротацию 101
4 Научные основы разработки алгоритма прогно зирования изменения компонентного состава чернозема типичного 123
4.1 Механизм, скорость и направленность изменения компонентного состава чернозема типичного под воздействием антропогенных факторов 123
4.2 Прогнозирование изменения компонентного состава чернозема типичного в различных режимах его использования 134
Выводы 140
Предложения 142
Список литературы 143
Приложения 168
- Проблемы исследования баланса гумуса в почвах и оценка методов его расчетов
- Характеристика объектов исследования и их место в ЦЧО
- Изменение обменной кислотности в различных режимах использования почвы
- Прогнозирование изменения компонентного состава чернозема типичного в различных режимах его использования
Введение к работе
Актуальность.
Черноземы типичные занимают в ЦЧР около 32,7% при этом степень их распаханности достигает 93% (Почвы Воронежской области, 1998; Воронин, 2002). Столь интенсивное их использование со временем приводит к изменению изначальных величин основных показателей состояния почвы. Эти изменения затрагивают состояние органического вещества, почвенно-поглощающий комплекс почвы и других компонентов. Темпы их изменчивости определяются региональными особенностями использования данных почв.
В настоящее время интенсивное земледелие основывается на получении высоких урожаев сельскохозяйственных культур, отчуждения с поля большей части не только основной, но и побочной продукции, при этом количества внесенных в почву химических элементов с органическими и минеральными удобрениями, не могут компенсировать в полной мере изъятие их из почвы. Поэтому в условиях нарастающей интенсификации земледелия, чаще всего происходит постепенное срабатывание резервов химического фонда почвы, невосполнимое ограниченным набором минеральных удобрений.
В условиях все возрастающих нагрузок на почву наиболее актуальной становится проблема выявления направленности и пределов изменчивости основных компонентов почвы, от характера использования конкретного угодья, культур севооборота, их чередования, а также применения доз минеральных и органических удобрений (за год, ротацию, определенный промежуток времени). Учитывая то, что чернозем типичный в регионе занимает преобладающую площадь, знание пределов и понимание механизма изменения его химического фонда, гумуса, гидролитической и обменной кислотности, поглощенных оснований, типоморфных элементов в процессе выращивания культур весьма актуально и своевременно.
Цель исследования: установить направленность и пределы изменчивости компонентного состава чернозема типичного в различных режимах его использовании. Для этого необходимо было решить следующие задачи:
Выявить изменяющиеся компоненты почвенного плодородия в различных режимах использования чернозема типичного;
Установить направленность и долю изменения компонентного состава чернозема типичного в различных режимах использования;
Разработать методические подходы для определения изменчивости основных компонентов плодородия чернозема типичного при интенсивном его использовании;
Провести балансовые расчеты гумуса и 12 химических элементов (N, Р, К, Са, Mg, Na, Al, Zn, Mn, Fe, Si, S);
Разработать общий алгоритм и действующую программу расчета пределов изменчивости компонентного состава чернозема типичного.
Научная новизна.
Впервые в условиях стационарных опытов изучены режимы и балансы органического вещества и типоморфных элементов;
Впервые разработаны алгоритмы расчета баланса и прогноза изменения содержания гумуса и химических элементов.
Защищаемые положения.
Длительное использование чернозема типичного (в режимах: многолетний чистый пар; лесная полоса; севооборот с различными видами компенсационных мероприятий) приводит к достоверному снижению содержания гумуса, подкислению почвенного раствора, увеличению содержания подвижного фосфора и обменного калия;
Разработанные методические подходы к определению пределов изменчивости основных компонентов чернозема типичного позволяют выявить изменение содержания 12 химических элементов и гумуса в почве и делать прогнозы их состояния во времени;
Полученные пределы изменения компонентного состава чернозема типичного могут быть приняты за основу при создании алгоритмов и программ прогнозных оценок с использованием компьютерных технологий;
Предлагаемый нами алгоритм и компьютерная программа позволяют: а) рассчитать баланс гумуса и питательных элементов в севообороте; б) установить потребность в органических удобрениях для бездефицитного баланса гумуса; в) определить структуру посевных площадей, исходя из конкретных условий хозяйства; г) установить излишки соломы озимых и яровых зерновых культур, которые могут быть, использованы как органические удобрения; д) определить экономическую эффективность применяемых в хозяйствах минеральных удобрений; е) контролировать состояние показателей плодородия почвы с высокой точностью.
Практическая значимость.
Разработанные методические подходы позволяют прогнозировать изменение гумусного состояния чернозема типичного в зависимости от чередования культур в севообороте и различных вариантов компенсационных мероприятий, что можно рекомендовать для использования в производственных и научных учреждениях;
Разработанная компьютерная программа «Balance» используется в учебном процессе и научных исследованиях на кафедре агрохимии ВГАУ им. К.Д. Глинки и может быть рекомендована для использования в научных и производственных учреждениях России.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертации докладывались на научных студенческих конференциях 1998-2000 гг. (выступления отмечены денежной премией, почетной грамотой и рекомендованы ученым советом факультета к публикациям в научных сборниках), научных и учебно-методических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов ВГАУ в 2001-2002 гг., Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов в 2003 году. По
материалам диссертации опубликовано 8 работ. В центральной печати опубликованы 2 научные статьи. В 2001 году опубликована в соавторстве с проф. В.И. Ворониным научная статья «Об использовании целинных и залежных вариантов при определении антропогенного воздействия на свойства почвы» в сборнике «Почвы и их плодородие на рубеже столетий»/Материалы II съезда Белорусского общества почвоведов, посвященного 70-летию Белорусского научно-исследовательского института почвоведения и агрохимии. Минск, 2001. В 2002 году в соавторстве с проф. В.И. Ворониным и Е.В. Кузнецовой опубликована научная статья «Текущая изменчивость содержания и набора подвижных элементов-индикаторов при проявлении относительного плодородия почв в длительных стационарах Русской равнины» в сборнике «Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям»/Докучаевское общество почвоведов. Российская академия сельскохозяйственных наук. Посвящается 75-летию Почвенного института им. В.В. Докучаева. Москва, 2002. Опубликована в 2002 году монография в соавторстве с В.И. Ворониным «Анализ урожайности озимой пшеницы и ее влияние на химический состав черноземных почв».
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, общих выводов, рекомендаций производству.
Она изложена на 190 страницах машинописного текста. Включает 60 таблиц, 1 рисунок, 12 приложений. Список литературы состоит из 249 наименований, в том числе 13 на иностранных языках.
Личный вклад автора.
В работе использовались материалы, полученные лично автором. Им разработана программа исследования, проведен отбор почвенных образцов, выполнена экспериментальная работа, теоретическое обобщение и выводы.
Диссертационные исследования проводились в соответствии с темой кафедры почвоведения Воронежского государственного аграрного университета им. К.Д. Глинки за 2000-2005 гг. № 01.2001.003985 «Разработать основы преобра-
зования потенциального плодородия по экологическим критериям риска и кризиса в длительных стационарах России».
Автор выражает глубокую благодарность коллективам кафедр почвоведения, агрохимии и земледелия, сотрудникам агрохимического центра "Липецкий" и лично научному руководителю - доктору сельскохозяйственных наук, профессору Воронину В.И.
Проблемы исследования баланса гумуса в почвах и оценка методов его расчетов
Баланс веществ при почвообразовании - соотношение между притоком веществ в почву и их оттоком из нее за определенный отрезок времени (Ковда, Розанов, 1988). К приходным статьям баланса почвы относятся: 1) приход угле- рода, азота и зольных элементов с опадом и отпадом растений и животных; 2) приход тех же элементов с корневыми выделениями и «подкроиовыми» водами; 3) приход азота из атмосферы за счет деятельности азотфиксирующих микроорганизмов; 4) приток веществ с атмосферными осадками; 5) приход веществ с эоловой пылью; 6) поступление веществ с твердым поверхностным стоком; 7) поступление веществ с жидким поверхностным стоком; 8) приток веществ с боковым внутрипочвенным стоком; 9) приток веществ с капиллярной каймой почвенно-грунтовых вод; 10) поступление веществ с удобрениями, мелиорантами, оросительной водой и т.д. Расходные статьи баланса почвы представляют: 1) вовлечение азота и зольных элементов растениями на создание ежегодного прироста; 2) потеря углерода при минерализации растительного опада и гумуса; 3) потеря азота за счет денитрификации; 4) вымывание веществ нисходящим током воды за пределы почвенного профиля - в почвенно-грунтовые воды; 5) вынос веществ боковым внутрипочвенным током; б) вынос веществ поверхностным твердым стоком; 7) вынос веществ с поверхностным жидким стоком; 8) потеря веществ за счет дефляции; 9) вынос азота и минеральных элементов с урожаем сельскохозяйственных растений, сеном, древесиной и т.п. (Ковда, Розанов, 1988). Баланс веществ может быть положительным, нулевым или отрицательным.
Еще не давно считали, что содержание гумуса достаточно консервативный показатель, и контроль за изменением его содержания осуществлялся областными службами системы Росгипрозем через 5 лет. Одной из первой попыток установления годового изменения содержания гумуса была предпринята В.В. Герцык (1959) в Курском государственном биосферном заповеднике им. В,В. Алехина.
С целью контроля за уровнем плодородия почвы и определения потребности в органических удобрениях необходимо знать баланс гумуса. Расходную часть баланса гумуса определяют по величине его минерализации и потерь его от эрозии. Приходная часть баланса формируется в основном за счет гумификации растительных остатков и органических удобрений. Баланс гумуса может быть бездефицитным (уравновешенным, компенсированным), если количество новообразованного гумуса за определенный период времени, например за год, соответствует количеству минерализовавшегося за тот же период. Он может быть также отрицательным, если количество новообразованного гумуса меньше минерализовавшегося или положительным (если поступление в почву новообразованного гумуса превышает его расход в результате минерализации) (Жуков, Попов, 1988).
По данным М.И. Сидорова, Н.И. Зезюкова (1992) для создания бездефицитного баланса гумуса в почвах ЦЧЗ при сложившейся структуре посевных площадей необходимо вносить не менее 10-15 т навоза. По нашим данным для поддержания бездефицитного баланса гумуса на черноземе типичном (6-ти польный севооборот учхоза «Березовское) требуется от 6,5 до 9 т/га навоза (расчет произведен с применением программы «Balance»). В настоящее время контроль за содержанием гумуса осуществляют аг-рохимслужба и опытная сеть системы Всероссийского НИИ удобрений и агроэкологии им. Д.Н. Прянишникова. Однако вследствие большого объема и высокой стоимостью данных работ, изучение динамики содержания гумуса явно недостаточно.
Исходя из вышеперечисленного, большое распространение получили расчетные методы потребности почв в органических удобрениях для бездефицитного баланса гумуса. Однако, по мнению В.И. Кирюшина, Н.Ф. Ганжары, И,С. Кауричева, Д.С. Орлова, А,А, Титляновой и А.Д. Фокина (Концепция ..., 1993) расчеты ведутся в отрыве от конкретных почвенно-экологических условий. Достаточно большое количество методик для определения баланса гумуса в почве, учитывающие различные факторы, дают разные результаты. Поэтому нелегко определить, какой методикой пользоваться, в условиях конкретного хозяйства для получения оптимального результата. Поэтому надо провести анализ известных на сегодня методов баланса гумуса.
Характеристика объектов исследования и их место в ЦЧО
Для выявления изменения основных показателей плодородия типичного чернозема выбран объект исследования: чернозем типичный среднемощный среднегумусныи тяжело суглинистый в различном режиме использования: в учебном хозяйстве "Березовское" Воронежского госагроуниверситета, расположенного в Рамонском районе Воронежской области; Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Центрально-черноземной полосы им. В.В. Докучаева Таловского района Воронежской области; биосферный заповедник им. Алехина «Стрелецкая степь» Курской области. Выбор объекта исследования определялся: преобладанием исследуемого типа почвы над другими в ЦЧР - около 32,7%, в пашне Воронежской области типичные черноземы составляют 42,8% (Почвы Воронежской области, 1998), наличие длительного стационарного опыта в Рамонском районе, целинного состояния чернозема типичного (некосимая и косимая степь) в Каменной и Стрелецкой степи. Такой выбор вариантов позволяет: расширить пределы выявления изменений функциональных свойств типичного чернозема при воздействии компенсационных мероприятий подбором культур (сельскохозяйственные, лесные, степные и видоизмененные при ежегодном кошении), стабилизированные направленными почвенными процессами. Длительный стационарный опыт был заложен кафедрой агрохимии ВСХИ в 1969 году на территории учебного хозяйства "Березовское". Схема и программа стационарного опыта утверждена на заседании кафедры агрохимии Воронежского СХИ в 1967 г. и в 1970 г. комиссией по длительным опытам с удобрениями ВИУА (Кильчевский, 1977). Для закладки опыта был выбран участок с известной историей агротехники за последние пять лет. В течение двух лет перед закладкой опыта проводились уравнительные посевы (в 1967 г. - озимая пшеница, в. 1968 г. - овес). Затем в 1968 году был проведен дробный учет урожая овса на первом поле стационара с площади 2 га (Леонтьев, 1974). Территория учебного хозяйства "Березовское" Воронежского агроунивер-ситета расположена в северо-западной микрозоне лесостепной зоны Воронежской области. В целом область относится к зоне недостаточного увлажнения. Периодичность засух - один раз в три - четыре года.
Сумма среднесуточных температур выше + 10С колеблется от 2440 до 2930С. Продолжительность периода вегетации с температурой воздуха выше 10С составляет - 154 дня. Самый теплый месяц года июль со среднесуточной температурой воздуха 21,5С. Самый холодный - январь. Среднесуточная температура воздуха - 7,9С. Среднегодовое количество осадков составляет 500 -566 мм. Осадки в течение года выпадают неравномерно. Наибольшее количество дождевых дней приходится на июнь-июль, на долю весенне-летних осадков приходится 40 - 44%, которые выпадают в виде ливней. Коэффициент увлажнения равен 0,37, гидротермический коэффициент равен 1,2. Зима длится 130 - 150 дней. Снежный покров устанавливается к декабрю и сохраняется до конца марта. Максимальная высота снежного покрова 30 - 40 см, но располагается он неравномерно, в течение зимнего периода наблюдаются частые оттепели. В отдельные годы заморозки отмечаются и в первой декаде июня. Участок, на котором заложен длительный стационарный опыт, расположен в условиях Окско-Донской возвышенности. Мезорельеф участка - водораздельное плато с небольшим юго-западным уклоном 0,5 - 1,0. Микрорельеф представлен западинами. В этих условиях формируется начальная стадия процесса эрозии почв, характеризуемая незначительным поверхностным стоком талых вод и устойчивым минимальным смывом (Иванов, 1988). Глубина залегания фунтовых вод повсеместно ниже 6 метров. Морфологическое описание почвы опытного участка - чернозема типичного среди емощного средне гумусного тяжелосуглинистого на покровных лессовидных суглинках. Апах (0-33) - темно-серый, тяжелосуглинистый, рыхлый, комковато-пылеватый с небольшим количеством остатков и обилием корней, переход в следующий горизонт ясный по структуре. А (33-65) - темно-серый, тяжелосуглинистый, рыхлый, крупнопористый, комковато-зернистый, наличие корней растений, переход в горизонт АВ постепенный по цвету. Вскипает от НС1 (10%) с 63 см. АВ (65-76) - темно-бурый, уплотнен, ореховато-призматический, тонкопористый, переход в следующий горизонт постепенный в виде гумусовых затеков, наличие карбонатов в виде мицелия. В (76-116) - коричневато-буроватый, тяжелосуглинистый, неоднородно окрашенный с темными гумусовыми затеками, плотный, увлажнен, наличие карбонатов в виде мицелия, ВС (116-140) - светло-бурый, тяжелосуглинистый, увлажнен, уплотнен, наличие карбонатов в виде мицелия по всему горизонту. С (140 и ниже) - палево-желтый, тяжелосуглинистый, плотный, увлажнен, обилие карбонатов в виде мицелия. Чернозем типичный является характерной почвой для лесостепи, с богатыми потенциальными возможностями. По данным А.К. Леонтьева (1974) и А.Л. Кильчевского (1977) перед закладкой стационарного опыта в 1969 году почва опытного участка характеризовалась следующими показателями в слое 0-20 см: гумус (по Тюрину) - 8,04%; содержание общего азота (по Къельдалю) - 0,46%; валового фосфора - 0,15%; подвижный фосфор (по Чирикову) - 6,2 мг/100 г почвы; обменный калий (по Масловой) - 28,3 мг на 100 г почвы; рНксІ - 6,2; сумма обменных оснований,-40,1 мг-экв/100 г почвы; гидролитическая кислотность - 5,03 мг-экв/100 г почвы; степень насыщенности основаниями - 89%. Данные валового химического состава чернозема типичного стационарно- го опыта кафедры агрохимии ВГАУ в учхозе «Березовское» приведены в таблице 1.
Изменение обменной кислотности в различных режимах использования почвы
Хотя роль гумуса и велика в создании почвенного плодородия, но продуктивность растений зависит и от других физико-химических показателей плодородия почвы, в частности от реакции почвенной среды. Большинство сельскохозяйственных культур хорошо растут и развиваются при реакции почвенной среды от слабокислой до слабощелочной. Черноземные типичные характеризуются слабокислой и нейтральной реакцией среды, но при интенсивном антропогенном воздействии при применении высоких доз минеральных без органических и кальцийсодержащих удобрений может происходить сдвиг до среднекислой реакции среды (Адерихин, 1964; Мязин, 1994; Евтушенко, 1999). По мере изменения своей величины она влияет на подвижность химических элементов почвы. Благоприятным биогеохимическим фоном почвы принято считать величину рН в пределах 6,5 - 7,8 (Ковда, 1981). Для каждой сельскохозяйственной культуры существует свой оптимум значений рН, при котором они реализуют свой потенциал. Согласно группировке почв по величине кислотности Почвенного института (1964), наличие слабокислой среды будет создавать условия для перевода зольных элементов в различное состояние по доступности для растений, разного долевого участия в реакциях, усиливать или ослаблять микробиологические процессы. Формируемая интервальность кислотности под каждой культурой позволяет оценивать и подбирать приемы по созданию наиболее оптимальных условий выращивания культур. Следует отметить, что все культуры изучаемого севооборота учхоза «Березовское» требовательны к условиям кислотности почвенного раствора, особенно сахарная свекла и озимая пшеница, для их нормального роста и развития необходима близкая к нейтральной реакция почвенного раствора. Однако, ни на одном из исследуемых вариантов в учхозе «Березовское» нейтральной реакции среды не обнаружено, в основном их можно отнести к слабокислым почвам (таблица 12). Наименьшее значение pHkcl отмечено на вариантах NPK и 2(NPK) - 4,95 и 4,99 эти варианты относятся к среднекислым почвам, для получения высоких урожаев таких культур, как озимая пшеница и сахарная свекла, необходимо внесение кальцийсодержащих веществ. Более высокие уровни рН зафиксированы на вариантах с навозом и полным минеральным удобрением. Так на варианте навоз 1 доза + NPK рН составил 5,54 в слое 0-20 см. Похожая ситуация и под яровой пшеницей (таблица 13). Наихудшая ситуация складывается на вариантах с применением только минеральных удобрений и на контроле.
На вариантах с применением органических удобрений показатель рН выше 5. В условиях Стрелецкой степи (таблица 14) варианты некосимой и косимой степи имели рНксІ близкую к нейтральной 5,66 и 6,60 соответственно в слое 0-20 см, с глубиной происходит постепенное снижение уровня рН. Наименьший уровень рН отмечен на варианте многолетний чистый пар 5,12 в слое 0-20 см. В Каменной степи (таблица 15) в режиме использования -лесная полоса №40 pHkcl в слое 0-20 см составил 5,15, с глубиной рНкс! возрастает до 5,40 на глубине 60-70 см. На вариантах косимая и некосимая степь показатель pHkcl близки и составляют 5,88 и 5,87 соответственно для слоя 0-20 см, 5,60 и 5,68 для слоя 30-40 см и 5,78 и 5,63 для слоя 60-70 см. На пашне отмечена нейтральная реакция среды, причем с глубиной происходит возрастание показателя pHkcl с 5,91 в слое 0-20 до 7,32 в слое 60-70, что связано с наличием карбонатов. Таким образом, почвы учхоза «Березовекое» характеризуются средне и слабокислой реакцией среды, что неблагоприятно влияет на рост и развитие таких культур как, сахарная свекла и озимая пшеница, а связано это, прежде всего с отчуждением кальция с товарной продукцией, и не полной компенсацией минеральными и органическими удобрениями. Целинные участки степи имеют реакцию среды близкую к нейтральной, которая благоприятна для произрастания большинства растений. Гидролитическая кислотность характеризует общую кислотность почвы, так как включает ионы водорода, которые труднее вытесняются из почвенного поглощающего комплекса при обменных реакциях катионов. Возделывание шести культур в течение 32 лет в стационаре кафедры агрохимии ВГАУ изменило величину гидролитической кислотности. Изменения величины гидролитической кислотности в типичном черноземе под озимой пшеницей на раз ноуд обре иных вариантах опыта представлены в таблице 16. Наибольшая величина гидролитической кислотности отмечена на вариантах с применением только минеральных удобрений NPK и 2(NPK) - 5,48 и 5,98 мг-экв/100 г почвы. Это связано с отчуждением кальция с большой урожайностью основной и побочной продукции и применением физиологически кислых минеральных удобрений, Почвенно-поглощающий комплекс обедняется кальцием, и увеличивается в нем содержание ионов водорода, которые при внесение удобрений (азотных и калийных) выделяются в почвенный раствор и подкисляют его, что может неблагоприятным образом влиять на жизнедеятельность растений, изменять подвижность микроэлементов, увеличивать подвижность гумусовых веществ. Наименьший уровень гидролитической кислотности 4,42 мг-экв/100 г почвы для слоя 0-40 см, отмечен на вариантах - контроль (без удобрений) и навоз на расширенное воспроизводство плодородия почвы + NPK. Это связано на наш взгляд в первом случае с меньшим урожаем основной и побочной продукции на контроле и соответственно с меньшим выносом кальция, а также с отсутствием отрицательного воздействия физиологически кислых минеральных удобрений применяемых на данном варианте. Во втором случае это связано с большим количеством кальция поступающим в почву в составе навоза.
Прогнозирование изменения компонентного состава чернозема типичного в различных режимах его использования
Для прогнозирования изменения основных показателей плодородия дополнительно к вышесказанному нами были проведены балансовые расчеты по 12 химическим элементам (N, Р, К, Са, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Mn, Si, S) для разных вариантов опытов, учхоза «Березовское». Расчеты проведены по полю №1 за ротацию с 1996 по 2001 гг.
Используя принцип изменения химического фонда почвы в вариантах опыта за ротацию от воздействия культур севооборота, считаем возможным, получить прогноз его состояния в почве за больший отрезок времени в производственных условиях. Для этого были использованы данные по урожайности озимой пшеницы Воронежской области за 11 лет (1981 - 1991 гг.). При расчете использовали ее средневзвешенную урожайность за указанный период. Статистические данные по урожайности озимой пшеницы были получены в Главном управлении сельского хозяйства области. Таблица 58 показывает, что взятый набор химических элементов, который послужил основой получения планируемого уровня продуктивности озимой пшеницей, в основном поставляется самой почвой. Расчет годовой потребности и фактической компенсации величины химических элементов выявил направленный дефицит по N, Са, Na, Mg, Al, Zn, Mn, Si, S (таблица 58). При этом только три элемента (азот, фосфор и калий) постоянно вносятся в почву с минеральными удобрениями, а остальные изымаются из почвы. С органическими удобрениями поступают многие химические элементы, но применяемые дозы неспособны компенсировать потребность в них сельскохозяйственных растений. В результате чего могут проявляться локальные и зональные участки (Воронин, 1985, 1989, 1996; Воронин, Евтушенко, Дендебер, 1994) по обеднению почвенными элементами с учетом вида культуры севооборота. Эти участки различаются между собой по степени рассбалансированности, наборе и величине химических элементов, что в свою очередь будет влиять на последующую продуктивность тех культур, которые возделываются последовательно друг за другом в севообороте
Таким образом, проведенный баланс потребления и компенсации химических элементов показал отрицательную направленность изменения величин исследуемых химических элементов. Данное уменьшение также зависит от процентного насыщения и срока возделывания озимой пшеницы. Общепринятая компенсация (минеральные и органические удобрения) не позволяет восстанавливать их исходное содержание, за исключением фосфора и железа. Отрицательный баланс азота и кальция помогает раскрыть сущность процессов дегумификации почв и их подкислсние (немалую роль в этом играют также частые механические обработки почв, применение физиологически кислых минеральных удобрений, недостаток органических и кальцийсодержащих удобрений).
При формировании урожая растение оставляет в соломе, корнях неиспользованную часть химических элементов. Этот остаток будет формировать остаточный фонд элементов, вошедших в биогеохимический круговорот. Этот фонд и будет обеспечивать уровень создания биомассы следующего растения. Отчуждение с поля урожая с определенным химическим составом создаст направленный процесс изъятия тех или иных химических элементов той или иной культурой. Количество отчуждения и величина остатка может служить методической основой для определения направленности изменения их в почве.черноземе
Следовательно, возделываемый набор культур на поле будет обеспечивать соответствие к своим потребностям содержание элементов в почве, о чем в свое время говорил В.Р. Вильяме (1939). Это в свою очередь создаст предпосылки проявления локальных и зональных формирований геохимических систем элементов в почве, что не противоречит мнению С.Ф. Неговелова и В.Ф. Валькова (1985) о том, что все компоненты слагающие химический фонд почвы, нельзя рассматривать изолированно, вне определенных растений. Примером подобного может служить состояние азота, фосфора, калия и зольных элементов (таблица 59).
Остаток азота с растительными остатками в среднем за указанный период не превышает 22 кг. Это количество может быть использовано при условии разложения оставляемой растительной массы. С учетом разложения растительных остатков в почве на следующий год, следующей культуре будет доступно всего лишь 8,5 кг или почти в 3 раза меньше, чем осталось азота в почве. Этого количества не будет хватать сахарной свекле, подсолнечнику, кукурузе на зерно и другим культурам, которые возделываются за озимой пшеницей в севоо бороте, потому что их потребность на заданный урожай будет составлять 28 кг/га для подсолнечника или для кукурузы на зерно 48,5 кг/га и сахарной свеклы 235 кг/га, из расчета на среднюю урожайность (таблица 59).
