Содержание к диссертации
Введение
1. Вымывание минеральных и органических веществ из дерново-подзолистых суглинистых целинных и пахотных ШЧВ 7
1.1. Вымывание минеральных и органических веществ из дерново-подзолистых целинных (лесных и луговых) суглинистых почв 11
1.2. Вымывание минеральных и органических веществ из дерново-подзолистых суглинистых пахотных почв 28
2. Объекты и методы исследований
2.1. Характеристика дерново-подзолистой почвы опытного поля кафедры агрохимии ЛСХИ 41
2.2. Схема опыта 51
2.3. Методика исследований 54
3. Поступление минеральных и органических веществ в дерново-подзолистую почву
3.1. Поступление в почву минеральных и органических веществ с удобрениями 63
3.2. Поступление в почву минеральных и органических веществ с послеуборочными остатками сельскохозяйственных культур 66
3.3. Поступление в почву минеральных и органических веществ с атмосферными осадками 70
4. Вымывание минеральных и органических веществ из дерново-подзолистой суглинистой почвы при различных системах удобрений
4.1. Фильтрация атмосферных осадков 74
4.2. Вымывание азота 77
4.3. Вымывание фосфора 84
4.4. Вымывание калия и натрия 87
4.5. Вымывание кальция и магния 92
4.6. Вымывание анионов 97
4.7. Вымывание микроэлементов 102
4.8. Вымывание органических веществ 104
4.9. Соотношение процессов поступления и выноса элементов питания в дерново-подзолистой суглинистой почве 109
Выводы 114
Предложения производству 117
Список использованной литературы 118
Приложение 145
- Вымывание минеральных и органических веществ из дерново-подзолистых суглинистых пахотных почв
- Поступление в почву минеральных и органических веществ с послеуборочными остатками сельскохозяйственных культур
- Поступление в почву минеральных и органических веществ с атмосферными осадками
- Соотношение процессов поступления и выноса элементов питания в дерново-подзолистой суглинистой почве
Вымывание минеральных и органических веществ из дерново-подзолистых суглинистых пахотных почв
Изучение миграции органических и минеральных веществ из пахотных дерново-подзолистых почв начато сравнительно недавно -2...3 десятилетия назад. Это объясняется, вероятно, господством взглядов В.Р.Вильямса об отсутствии сквозного промывания атмосферными осадками профиля пахотных почв, хотя сравнительного изучения водного режима целинных и пахотных почв не проводилось. Позднее И.С.Васильев (1959), А.А.Роде (1965) установили, что режим влажности на пашне в общих чертах напоминает режим влажности под лесом.
Вымывание питательных веществ из пахотных дерново-подзолистых почв изучали Е.И.Шилова с сотрудниками (1963, 1964), М.А. Бобрицкая (1966, 1974, 1975), А.А.Коротков (1970), А.К.Суворов (1971, 1974), Н.И.Турьнков (1972, 1982), K.W«Ue (1972, 1979), (1978) и многие другие.
Исследованиями установлены значительные различия в миграции органических и минеральных веществ в пахотных почвах, по сравнению с их целинными аналогами. Эти различия обусловлены хозяйственной деятельностью человека. Отличительной особенностью пахотных почв является наличие более мощного гумусового горизонта, создаваемого путем обработки, систематическое поступление в них минеральных и органических удобрений и извести. Ежегодная обработка пахотного слоя улучшает его физические свойства, усиливает процессы минерализации и гумификации органических веществ, вследствие чего почва обогащается зольными элементами, а при внесении извести и органических удобрений -и гумусом.
В лизиметрических водах пахотных почв величина сухого остатка выше, чем в целинных (Коротков, 1970). Максимальная величина сухого остатка приходится на пахотный горизонт, что обусловлено механической обработкой почвы, усиливающей окислительные процессы и внесением удобрений (табл.1.10).
Как показали исследования Е.И.Шиловой, Л.В.Козловой (1970), А.К.Суворова (1974), воды пахотных почв имеют наибольшую ионную концентрацию, по сравнению с лесными и луговыми аналогами. В верхнем биологически активном горизонте ионная концентрация максимальна, в подпахотном и иллювиальном резко снижается. Концентрация лизиметрических вод в значительной степени изменяется в зависимости от степени окультуренности пахотных почв. Чем выше степень окультуренности, тем растворы, фильтрующиеся через почву богаче по своей концентрации и имеют менее кислую реакцию среды (Туренков, 1972, 1982).
Большое влияние на вымывание элементов питания оказывает культурная растительность. Исследования Jl.Xow et at (1970), М.А.Бобрицкой (1974), G.UhCcn (1978), Н.И.Туренкова (1982) и других выявили определенную закономерность миграции водорастворимых веществ в зависимости от характера сельскохозяйственных культур. Вынос элементов питания максимальный под культурами пропашного типа в несколько меньших количествах водорастворшлые соединения вымываются под зерновыми культурами и минимальная миграция наблюдается под многолетними травами. Наибольшие потери происходят на полях не занятых растительностью (чистый пар), что связано как с беспрепятственной фильтрацией атмосферных осадков через почву, так и отсутствием биологического поглощения корневой системой.
Ионная концентрация лизиметрических вод изменяется также и под воздействием применяемой агротехники, хотя влияние различных агротехнических приемов проявляется незначительно (Дер-дунова, 1979, Туренков, 1982).
Качественный состав лизиметрических вод пахотных и целинных дерново-подзолистых почв существенных различий не имеет. Основные отличия отмечаются по количеству вымываемых элементов питания. Из пахотных почв в наибольших количествах вымываются кальций, магний и натрий, а из анионов - сульфаты, гидрокарбо Высокое содержание кальция и магния в лизиметрических водах пахотных почв отмечается всеми исследователями. Коэффициент водной миграции для этих катионов изменяется в пределах и -10 n . Вынос кальция, например, может составлять десятки и сотни мг/л в пахотных почвах (Коротков, 1970). В средней части профиля происходит поглощение некоторого количества этих катионов, а из иллювиальных горизонтов иногда миграция их вновь увеличивается. Существенной разницы в миграции калия и натрия в целинных и пахотных почвах не наблюдается.
В лизиметрических водах пахотных почв, по сравнению с лесными и луговыми, уменьшается концентрация гидрокарбонат-иона, что связано с механической обработкой, усиливающей интенсивность газообмена и уменьшающей парциальное давление углекислого газа. Значительно возрастает концентрация хлоридов и сульфатов, что вызвано в основном внесением удобрений.
Миграция фосфатов из пахотных дерново-подзолистых почв нич тожна. Большинство исследователей (Левин, 1962,1967; Короткое, 1970; Бобрицкая, 1974, 1975 и др.) считает, что вынос фосфора из пахотного горизонта не превышает I кг/га.
Мало изученным, но привлекающим в последние годы внимание вопросом является передвижение фосфатов в органической форме. Некоторые данные, подтверждающие возможность такого передвижения, приводят Хеннепл и сотрудники ( Harm Ар efc et ol , 1964, а,б), Боумен и др. ( bowman el at , 1967), А.В.Павлихина, Н.Н.Поддубный (1974) и др. Количество фосфора, связанного с органическим веществом в лизиметрических водах может колебаться в широких пределах от 30 до 70$ (табл.1.12).
Поступление в почву минеральных и органических веществ с послеуборочными остатками сельскохозяйственных культур
Большую роль в биологическом круговороте элементов питания в пахотных почвах играют растительные остатки сельскохозяйственных культур. Им принадлежит также существенная роль в миграции водорастворимых минеральных и органических веществ из почвы. Известно, что растительные остатки содержат водорастворимые соединения зольных элементов и органические вещества, которые после выщелачивания из тканей растений вступают в контакт с почвой и активно воздействуют на. неё. При постепенной минерализации растительных остатков часть продуктов разложения закрепляется почвой и используется растениями, другая же часть в силу своей растворимости способна передвигаться с фильтрующимися водами вниз по профилю.
Органические остатки полевых культур состоят из пожнивных остатков (стерня, части стеблей, листья), живых и отмерших корней и их листостебельных частей (корневища, корневые шейки, остатки клубней, корнеплодов, луковиц), которые учитываются совместно с корневыми остатками (Станков, 1964). К настоящему времени сравнительно полно учтено количество послеуборочных остатков, оставляемых сельскохозяйственными культурами, однако, тлеющиеся в литературе данные о количестве этих остатков разноречивы.
По данным ряда исследователей количество пожнивных и корневых остатков невелико и составляет для зерновых культур 20...35 ц/га, для картофеля 10...20 ц/га, для многолетних трав до 50 ц/га (Бобрицкая, 1958; Станков, 1964; Клемяшова, 1971; Стулин, 1981 и др.). В то же время, по данным Ф.И.Левина (1972, 1977), общая масса растельных остатков колеблется от 8...10 ц/га на полях корнеплодов (при очень низких урожаях и тщательной подборке ботвы) до 100 ц/га и больше в поле многолетних трав. Подобные колебания объясняются различиями в урожаях культур, механическом составе почвы, неодинаковыми климатическими условиями и различными методами учета корней.
Для определения количества растительных остатков на опытных вариантах с разными нормами минеральных и органических удобрений мы использовали уравнения регрессии, предложенные Ф.И.Левиным (1977) и позволяющие определить массу поверхностных и корневых остатков по урожаю основной продукции.
Рассчетное количество растительных остатков, поступающих в почву, представлено в табл.3.5.
Как видно из данных табл.3.5, накопление максимальной биомассы полевых культур приходится на варианты с органо-минераль ной системой удобрений и варианты с повышенными нормами минеральных удобрений, что согласуется с исследованиями Т.Г.Клемя-шовой, 1971; А.Г.Степановой, 1973; Е.В.Руденко, 1980; Н.Г.Со-пильняка, 1980 и др.
Химический состав послеуборочных остатков изучен недостаточно, хотя исследований по этому вопросу проводятся с давних времен. Для расчета поступления элементов питания с раститель ными остаткаїли мы использовали литературные данные по зольному составу, приведенные в работах А.А.Короткова (1966, 1970), М.В.Новицкого (1971), И.П.Гречина и др. (1973), В.А.Долотова, В.К.Пестрякова)(1976) Е.И.Алиевой (1978) и других исследователей. Урожайность сельскохозяйственных культур приведена в приложении (табл.3.I). Общее количество элементов питания, поступающее в почву с корневыми и пожнивными остатками, полученное в ходе расчета, представлено в табл. 3.6.
Поступление в почву минеральных и органических веществ с атмосферными осадками
Основным и постоянным источником лизиметрических вод являются атмосферные осадки, которые представляют собой сложную систему, содержащую большое количество химических соединений как в ионной форме, так и в виде твердых пылевидных веществ. В настоящее время ежегодно в атмосферу поступает около 100 млн.т соединений хлора (включая соляную кислоту), 300...400 млн.т соединений серы (сероводород, оксиды серы), от 90 до 400 млн.т оксидов азота, 80...200 млн.т соединений аммония (Ковда, 1981). Кроме этого в атмосферу поступает около 50 млн. т углеводородов и более 200 млн. тонн в год золы ( Шатилов и др., 1979). Эти соединения включаются в глобальную атмосферную циркуляцию и выпадают затем на поверхность суши и океана.Большое содержание в атмосферных водах соединений кислотного характера (серная, соляная, азотная, угольная кислоты) оказывает неблагоприятное действие на почву, способствуя её подкислениго, вследствие чего значительно снижается эффективность удобрений (Ковда, 1981).
Изучению содержания различных веществ, поступающих в почву с атмосферными осадками, посвящены многочисленные исследования (ftozcik, Нъъъслоь , 1971; Селезнева, 1973; Алексеева, Подви-жина, 1975; Шатилов и др., 1979 и др.).
Данные литературы свидетельствуют о том, что атмосферные осадки в различных районах земного шара имеют неодинаковую концентрацию, увеличивающуюся при приближении к промышленным цен трам. Особенно характерно это для серы: так, при удалении от города на 10...15 км содержание этого элемента в атмосферных водах уменьшается в 2 раза (Селезнева, 1973). Кроме того, изменение общей суммы ионов в осадках носит географический характер и зависит от широтной и вертикальной зональности (Варданян, Давтян, 1977). В табл.3.7 приведены данные минимальных и максимальных размеров поступления элементов питания с атмосферными осадками, определенных в различных точках земного шара.
Данные, приведенные в таблице, показывают, что колебания размеров поступления химических элементов с атмосферными осадками варьируют очень сильно. Особенно большие различия в при-вносе характерны для соединений азота, серы, кальция и натрия.
Вместе с тем атмосферные воды, поступающие на поверхность почвы, содержат соединения цинка, меди, кобальта, свинца, кадмия и других элементов. Особенно большое количество токсических химических элементов выпадает с атмосферными осадками в районах промышленных предприятий и крупных городов (Ковда, 1981).
Отмечено также поступление в почву с атмосферными водами органических соединений, в составе которых преобладают низкомолекулярные органические кислоты, альдегиды, сложные эфиры, полисахариды, аминокислоты, редуцирующие сахара. Общее содержание органического углерода в этих водах колеблется от 1,5 до 6,0 мг/л (Скопинцев и др., 1971).
С целью выяснения значения атмосферных осадков в круговороте и балансе веществ мы в течение трех лет (I979...I98I гг.) исследовали химический состав атмосферных осадков (табл.3.8)
Как видно из данных табл.3.8, атмосферные осадки в изучаемом районе имеют сульфатно-кальциевый состав. В атмосферных водах присутствуют также значительные количества ионов хлора и натрия. Из азотсодержащих соединений в больших количествах поступал аммонийный ион, содержание его в водах в 1,5...2 раза больше, чем нитратов, что отмечается многими исследователями ( ЬаЕІа , 1971; Селезнева, 1973 и др.). Осадки в течение всех периодов наблюдения имели кислую реакцию - рН 5,4...5,8.
Химический состав атмосферных осадков изменяется в зависимости от времени года. В вегетационный период из атмосферы поступало примерно в 2 раза больше катионов и анионов, чем осенью и в 1,5 раза больше, чем в зимние месяцы. Это объясняется, ве роятно, неоднородностью поступления осадков по сезонам года. В приходной статье баланса элементов питания поступление веществ с атмосферными водами не имеет большого значения, так как привнос из атмосферы основных элементов питания - азота, калия и, особенно, фосфора незначителен (табл.3.9).
Соотношение процессов поступления и выноса элементов питания в дерново-подзолистой суглинистой почве
Обмен веществ и энергия в системе "почва - растение" является основным движущим звеном в почвообразовательном процессе. Рассмотрение качественных и количественных сторон обмена между почвой и растительностью в культурных фитоценогях имеет важное значение не только для характеристики развития почвообразовательного процесса и плодородия окультуренных почв при различных способах их сельскохозяйственного использования, но и для характеристики условий, влияющих на биологическую продуктивность культурных растений.
Круговорот элементов питания в дерново-подзолистых почвах изучен недостаточно. Лишь в немногих исследованиях дается анализ круговорота элементов питания для культурных растений.Так, в дерново-подзолистой зоне для основных сельскохозяйственных культур подобные исследования проведены Ф.И.Левиным (1972). Для севооборота в целом получены данные А.А.Коротковым (1966), Л.Ф.Ипполитовой (1971, 1974, 1977), Л.В.Серовой (1981).
В наших исследованиях результаты определения величины выноса и поступления элементов питания позволили сделать расчет соотношения приходных и расходных статей (табл.4.16).
Анализируя данные табл.4.16, следует отметить, что вынос элементов питания из почвы с урожаем определен рассчетным методом по среднему содержанию элементов в основной и побочной продукции.
При довольно значительной условности расчетов,приведенные в табл.4.16 данные, показывают, что на контрольном варианте для всех элементов наблюдается отрицательное соотношение поступления и выноса, что объясняется существенным выносом их с урожаем.
Соотношение по азоту, фосфору и калию на удобренных вариантах положительное, что связано с поступлением этих элементов с удобрениями и послеуборочными остатками, причем существенную роль в этой статье баланса играют многолетние травы, поставляющие в почву значительную долю минеральных и органических веществ. При возрастании нормы внесения уцобрений увеличивается в положительную сторону и соотношение между постуцг-лением и выносом. Однако следует отметить, что в данной таб лице не учтены некоторые приходные и расходные статьи баланса азота (фиксация атмосферного азота и поступление его с семенами; газообразные потери, необменное поглощение аммония и закрепление азота в органическом веществе почвы), фосфора (хими ческое поглощение), калия (необменное поглощение почвой).
По кальцию, магнию и сере на всех вариантах опыта соотношение отрицательное. Данные табл.4.16 показывают, что с основной и побочной продукцией выносится сравнительно небольшое количество этих элементов. В то же время потери их путем вымывания атмосферными осадками велики и колеблются для кальция от 74 до 210 кг/га в год, для магния - 30...61 кг/га в год и серы-85...102 кг/га в год. При этом потери кальция и магния на варианте с максимальными нормами минеральных удобрений (6) оказались в 2, а серы в 8 раз больше, чем вынос их с урожаем сельскохозяйственных культур.
Своеобразен баланс натрия в рассматриваемых почвах. На контрольном варианте, а также на вариантах с совместным внесением органических и минеральных уцобрений (2, 3) баланс положительный, тогда как при минеральной системе удобрений (варианты 4-6) наблюдается отрицательное соотношение между поступлением и выносом этого элемента. При этом возрастание нормы уцобрений увеличивает и дефицит натрия в почве, что связано, вероятно с высвобождением натрия из кристаллических решеток минералов и свободным его вымыванием из пахотного горизонта вследствие слабого биологического и химического поглощения почвой.
Таким образом, несмотря на положительное соотношение между поступлением и выносом азота, фосфора и калия при внесении удобрений, выявляется картина недостатка натрия и серы и исключительного дефицита кальция и магния в почве.
