Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 7
1.1. Степень изученности черноземов Кубани 7
1.2. Влияние сельскохозяйственного использования на плодородие черноземов 10
1.3. Плодородие и баланс элементов питания 17
2. Общая характеристика районов исследований 23
2.1. Географическое положение, геоморфология и почво-образущие порода 23
2.2. Климат 24
2.3. Растительность 27
3. Условия и методика проведения исследований 30
4. Почвы районов исследований 35
5. Изменение содержания и качественного состава гумуса в почве в условиях севооборота 44
6. Содержание и динамика основных элементов питание в почве 59
6.1. Общий и легкогидролизуемый азот 59
6.2. Содержание и динамика нитратов 63
6.3. Содержание аммиачного азота 71
6.4. Содержание подвижных фосфатов 76
7. Агрошзические показатели исследуемых черноземов в условиях севооборота 82
8. Биологическая активность почвы 94
9. Баланс основных элементов питания в почве 100
10.Экономическая эффективность использования черноземов в условиях севооборота 106
Выводы 110
Рекомендации го использованию результатов исследований 113
Литература 114
Приложение 136
- Влияние сельскохозяйственного использования на плодородие черноземов
- Географическое положение, геоморфология и почво-образущие порода
- Изменение содержания и качественного состава гумуса в почве в условиях севооборота
- Агрошзические показатели исследуемых черноземов в условиях севооборота
Введение к работе
Актуальность темы. Продовольственной программой СССР на период до 1990 года /I/, одобренной майским (1982 г.) Пленумом ЦК КПСС, предусматривается неуклонное повышение плодородия почв и рациональное использование земельного фонда страны.
В настоящее время решается проблема расширенного воспроизводства плодородия почв, находящихся в длительном сельскохозяйственном использовании, и на его основе дальнейший рост урожайности и валовых сборов всех сельскохозяйственных культур. Пра вильная оценка состояния почв и разработка мер по сохранению и повышению их плодородия должны решаться по линии оптимизации свойств, определяющих уровень плодородия почв, на основе глубокого и всестороннего изучения факторов и условий, влияющих на динамику элементов почвенного плодородия. Целенаправленное воздействие на плодородие почв особенно большое значение приобретает в условиях резко возрастающей интенсификации сельскохозяйственного производства.
Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы ставилось изучить особенности изменения плодородия черноземов Кубани под влиянием сельскохозяйственного использования и на этой основе разработать наиболее эффективные способы повышения плодородия почв и продуктивности культур.
В этой связи в задачу исследований входило: - изучить влияние сельскохозяйственного использования почвы на содержание и качественный состав гумуса; - изучить динамику основных элементов питания в почве под культурами севооборота; - выявить изменение физических и биологических свойств черноземных почв при их сельскохозяйственном использовании; определить особенности баланса основных элементов питания под культурами севооборота; - на основании полученных данных разработать оптимальные параметры основных агрохимических и агрофизических показателей, определяющие почвенное плодородие в севообороте, для получения стабильно высоких урожаев сельскохозяйственных культур.
Научная новизна результатов исследований. В условиях Краснодарского края впервые определены оптимальные параметры плодородия черноземов под ведущими культурами полевого севооборота. Уточнен баланс элементов питания в почве как один из показателей почвенного плодородия.
Практическая значимость работы. Результаты исследований используются для разработки рекомендаций производству по повышению плодородия и рациональному использованию черноземов Куба ни в полевых севооборотах, обеспечивающих получение зерна озимой пшенипы не менее 50 ц, зерна кукурузы 60 п, корней сахар ной свеклы 550 ц, семян подсолнечника 30 ц с I га.
Реализация результатов исследований. Материалы исследований приняты Краснодарским краевым управлением сельского хозяйства для внедрения при составлении рекомендаций по повышению плодородия черноземов центральной зоны Краснодарского края, а также рекомендуются к использованию в практической деятельности колхозов и совхозов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены: 1) на расширенном заседании кафедры почвоведения; 2) на отчетных научных конференциях профессорско-преподавательского состава факультета агрохимии и почвоведения в 1975 1984 годах.
Публикапия работы. По результатам исследований опубликовано девять статей, в которых отражено основное содержание диссертации.
Объем и структура диссертации. Диссертация объемом 157 страниц машинописного текста состоит из введения, 10 разделов, выводов и предложений производству. Работа содержит 31 таблицу, 7 рисунков и 22 приложения. Список использованной литературы включает 210 наименований, в том числе II на иностранном языке.
На обсуждение специализированного совета выносится: 1. Изменение содержания гумуса и его качественного состава при сельскохозяйственном использовании черноземов. 2. Влияние сельскохозяйственного использования на содержа яие и динамику основных элементов питания в почве, физические свойства и биологическую активность. 3. Баланс основных элементов питания в почве под культурами севооборота. 4. Оптимальные параметры плодородия черноземов в полевом севообороте для получения стабильно высоких урожаев возделыва емых культур.
Влияние сельскохозяйственного использования на плодородие черноземов
Исследования последних лет показали, что сельскохозяйственное использование почв приводит к существенным изменениям их свойств, почвенного плодородия / 37, 66, 69, 107, 153, 173, 191, 201, 204, 205 /. При оценке плодородия существенное значение имеют агрохимические свойства почвы / 59, 144 /.
По данным Е.А. Афанасьевой /79 / и В.Д. Мухи /96 / наиболее характерным воздействием человека в процессе сельскохозяйственного использования на почву является уничтожение естественного растительного покрова, приводящее к изменению микроклимата и усилению непосредственного воздействия на почву солнечных лу -чей и атмосферных осадков; систематическое рыхление и перемешивание верхнего (пахотного) слоя почвы, вызывающее в основном изменения физико-механических свойств и водно-воздушного режима; изменение биохимических свойств почвы, особенно увеличение микробиологической и ферментативной активности, усиление минерализации и гумификации органического вещества, усиление напряженности почвообразования в целом.
Хозяйственная деятельность человека как один из факторов почвообразования действует на почвообразовательный процесс как непосредственно, так и косвенно через другие факторы почвообразования / 96, 178 /.
Однако единства мнений о развитии почвообразовательного процесса в почвах, вовлеченных в сельскохозяйственное производство, в научной литературе нет.
По мнению ряда исследователей / 45, 99 / в пахотных почвах протекает естественный зональный процесс почвообразования, принципиально не отличающийся от почвообразовательного процесса под естественной растительностью.
Другие исследователи, напротив, указывают на глубокие изменения, происходящие в природном процессе почвообразования при сельскохозяйственном использовании почв /30, 34, 99, 143, 176 /.
Обработка почвы прежде всего влияет на строение верхней части почвенного профиля, приводит к изменению их морфологии, пе -ремешиванию почвенных горизонтов, делает их более однородными /8, 96 /. При распашке и обработке целинных почв усиливаются биологические процессы, что подтверждается повышенной интенсив -ностьга выделения в атмосферу углекислого газа, возрастанием ко -личества микроорганизмов и увеличением процессов нитрификации в 6...8 раз / 32 /.
Одной из наиболее дискуссионных проблем является проблема культурного почвообразования.
В работах М.Ф. Гаркуши / 30 /, A.M. Гринченко / 36 /, В.А.Ков-ды / 65 / показано, что культурный почвообразовательный процесс начинает развиваться не после периода освоения и выпахивания, а с начала сельскохозяйственного использования почв. При этом, в зависимости от условий, в которых происходит использование почв, и уровня культуры земледелия, в развитии почвообразовательного процесса возможны два направления:
1. Развитие процессов почвообразования, обусловливающих со -здание отрицательных агрономических свойств почвы. При этом образуются почвы с пониженным плодородием: уменьшается содержание гумуса, азота; ухудшается агрономически ценная структура.
2. Сохранение положительных агрономических свойств почвы, созданных в процессе естественного почвообразования и приобретение новых ценных агрономических свойств, обусловленных развитием культурного почвообразовательного процесса. Правильное сельскохозяйственное использование почвы приводит к формированию каче -ственно новых окультуренных почв. Рассматривая теорию и практику повышения плодородия почв,
В.Д. Панников Д09 / пришел к выводу, что окультуривание почв представляет сложный комплекс мер по расширенному воспроизвод -ству плодородия почв, повышению их потенциального и эффективно -го плодородия для получения высоких и устойчивых урожаев сель -скохозяйственных культур и зависит от генетических особенностей почвы и интенсивности приемов окультуривания. С увеличением доз удобрений действие их на урожай и плодородие усиливается, возможно и их негативное влияние. Это вызывает необходимость всестороннего изучения направленности и степени изменения свойств почв под влиянием сельскохозяйственного использования для целенаправленного воздействия на почвенные пропессы и созданий почв с вы -соким плодородием.
Сельскохозяйственное использование почв приводит к изменению их важнейшего показателя - плодородия.
Под влиянием сельскохозяйственного использования в каждом типе почв складываются своеобразные сочетания факторов почвенного плодородия, поэтому зависимость урожайности от свойств почв необходимо изучать для отдельных типов и подтипов почв / 33, 203 /.
Черноземы представляют собой наивысшую стадию развития поч -венного плодородия, обладая высоким потенциальным плодородием. Однако в настоящее время и черноземные почвы нуждаются в окультуривании / 109 /.
После освоения пелинных угодий под пашню почвенное их плодородие находится в несоответствии с новыми возникшими условиями. По мнению В.Ф. Валькова / 20 /, при современной системе земледелия происходит резкий сдвиг продуктивности черноземов в сторону уменьшения потенциального плодородия. При окультуривании свойства почв меняются до определенного уровня равновесия в соответствующей системе земледелия или севооборота. Разные системы земледелия и севооборота формируют разные уровни почвенного плодородия. Из -менение состава культур в севообороте приводит к изменению поч -венного плодородия.
Географическое положение, геоморфология и почво-образущие порода
Исследования проводили в Каневском районе, расположенном в северной части Краснодарского края, и в Усть-Лабинском и Динском районах, расположенных в центральной части Краснодар -ского края. В геоморфологическом отношении территория исследований представлена Прикубанской равниной, имеющей общий наклон к Азовскому морю.
Чаек» равнины, прилегающая к Азовскому морю, более выров -нена. На северо-востоке она переходит в волнистую степь, рас -члененную длительными увалами и пологими балками. На юге Прику -банская равнина переходит в предгорья северного склона Главного Кавказского хребта. С него берет начало река Кубань, протекающая на исследуемой территории.
Почвообращующие породы Прикубанской равнины представлены лессовидными отложениями четвертичного периода буровато-палевой и палево-бурой окраски, тонкопористого сложения с высоким содержанием карбонатов. На исследуемой территории они отличаются значительной выровненностьго их химического и минералогического состава и тяжелосуглинистым и легкоглинистым механическим составом.
Объемная масса лессовидных пород - 1,3...1,5 г/см3; удель -ная масса твердой фазы - 2,6...2,8 г/см3; порозяость - 45...52 %.
Характерной особенностью их химического состава является преобладание кремнезема при значительном содержании алюминия, железа и кальция. С агрономической точки зрения большой интерес представляет повышенное содержание в этих породах фосфора, калия и серы.
Хорошие физические свойства, значительные запасы элементов питания благоприятно отразились на плодородии черноземов, развивающихся на этих породах.
На преобладающей части исследуемой территории грунтовые воды залегают глубже 4 метров и на почвообразование влияния не оказывают.
Климат Прикубанской равнины умеренно континентальный / 2 /. По степени увлажнения Дянской и Усть-Лабияский районы относят -ся к зоне умеренного увлажнения с коэффициентом увлажнения 0,30...0,40,с суммой годовых осадков 600...700 мм. Осадков за период с температурой выше 10 здесь выпадает от 300 до 340 мм.
Зима умеренно мягкая со среднемесячной температурой возду -ха в январе - 1,5...-4,5 и минимальной температурой - 32, - 36.
Во второй половине марта - начале апреля температура заметно повышается и с этого времени начинается безморозный период, продолжающийся 178...200 дней. По теплообеспеченности лета район жаркий с суммой температур 3450...3550. Средняя месяч -ная температура июля составляет 22...24, а максимальная может повышаться до 38-40.
Каневский район относится к району недостаточного увлажнения с коэффициентом увлажнения 0,25...0,28. За год здесь выпадает 450...550 мм осадков, из них за вегетационный период с температурой выше 10 в среднем 260...280 мм (!табл.1).
Зима умеренно мягкая со среднемесячной температурой января -2,5, - 4,0 и минимальной температурой - 30, - 36.
Возобновление вегетации растений отмечается в третьей декаде марта. Безморозный период продолжается 181...197 дней. По теплообеспеченности лета район умеренно жаркий. Сумма положительных температур со средней суточной температурой воздуха выше 10 составляет 3250-3450.
Лето жаркое и сухое, со средней месячной температурой июля 22...24, поднимающейся в отдельные дни до 38...40.
За годы исследований осадки выпадали неравномерно. В среднем за 5 лет годовое количество осадков в Динском и Усть-Лабин -ском районах было близкое к среднемноголетним ( соответственно 661 и 658 мм). В Каневском районе во все годы исследований осадков выпадало на 24...49 % больше среднемноголетних.
Среднегодовые температуры в годы исследований существенно не отклонялись от среднемноголетних показателей, находясь в пределах 8,5...П,6С. Во всех районах исследований минимальная температура воздуха наблюдалась в январе-феврале месяце, понижаясь в Каневском районе до -7,9С в 1977 году. Максимальной величины температура воздуха достигла в июле месяце, составляя в среднем 21,4...24,4С.
Наличие длительного периода с влажностью и температурой, оптимальными для активного течения биологических процессов, глубокое, а во влажные годы сквозное промачиваяие почвенной толщи осадками обусловили формирование черноземов с большой мощно -стьго гумусовых горизонтов при относительно невысоком содержании гумуса.
Изменение содержания и качественного состава гумуса в почве в условиях севооборота
Огромное влияние на плодородие почвы, ее агрономические свойства и процессы почвообразования оказывает количественное содержание гумуса в почвах и его качественный состав. М.М. Ко -нонова / 70, 71 /, И.В. Тюрин / 166, 167, 168 /, установили основные закономерности образования и накопления гумуса в различных почвах и показали, что количество и качественный состав гумуса тесно связаны с характером поступающих в почву органических остатков и гидротермическими условиями, определяющими процессы их гидролиза и синтеза.
П.Г. Адерихин / 4 /, В.В. Пономарева/ 121, 122 /, В.В. По -номарева и Т.А. Плотникова / 123, 124 /, В.А. Францессон / 174, 175 / и др. /5, 48, 53, 54, 60, 88, 153, 191, 193 /, изучая количественные изменения гумуса при распашке целинных почв, пришли к выводу, что вовлечение их в сельскохозяйственное производство приводит к заметному снижению в них содержания гуму -са из-за его более интенсивной минерализации.
По данным В.В. Егорова / 49 /, ежегодные потери гумуса в первые 5...10 лет после распашки целины в слое 0...60 см со -ставляют 3...5 т/га. В последующие годы они устанавливаются на уровне 0,5...1,2 т/га. За 70 лет на пашне общее содержание гу -муса в черноземе по сравнению с контролем снизилось с 8 до 6 %, или на 25 % от исходного. В условиях севооборота ежегодные по -тери гумуса под основными культурами севооборота в среднем до -стигли I % от общего содержания или около 0,06 % от веса почвы.
В последние годы появилось много работ, показывающих изменения в составе гумуса под влиянием различных приемов сельскохозяйственного использования почв. Исследованиями длительно распаханных почв показано, что уменьшение содержания гумуса в почве со временем замедляется и его содержание стабилизируется. Уровень стабилизации определяется количеством поступающих в почву органических веществ и условиями минерализации, которые зависят от особенностей возделываемых культур, доз и форм при -меняемых удобрений, агротехнических мероприятий и почвенно-кли -матических условий / II, 17, 29, 31, 87, 91, 118, 121, 122, 179, 198, 206, 207 /.
И.В. Тюриным установлено, что изменения в содержании гумуса в пахотном слое почв при их длительном использовании находят -ся в прямой зависимости от величины выноса азота с урожаями культур и размеров возврата его с удобрениями / 167, 168 /. По мере повышения урожаев наблюдается тенденция опережения выноса биогенных элементов с урожаями относительно количества этих элементов, возвращаемых в почву с корневыми и пожнивными остатками. Исследования с использованием стабильного изотопа азота /V показали, что даже при полном обеспечении минеральным азотом урожай в основном ( на 40...50 %) формируется за счет собственно почвенного азота из гумусовых веществ почвы. Отсюда вытекает принципиально различная роль органических и минеральных удобрений в гумусовом балансе пахотных почв. При внесении только минеральных удобрений даже в больших нормах не происходит полной компенсации выноса азота из почвы. Органические удобрения оказывают прямое действие на органическое вещество почвы, переходя в значительной мере в форму гумусовых веществ почвы.
Особенно резкое снижение содержаниа гумуса в почве происходит без систематического применения удобрений. По данным И.Н. Листопадова / 97 /, без удобрений уменьшение гумуса происходит за счет гуминовых кислот.
Однако единого мнения по влиянию минеральных и органических удобрений на содержание органического вещества в почве в литературе нет.
Большинство исследователей считают, что органические удоб -рения способствуют накоплению гумуса в почве и улучшают его качественный состав вследствие накопления гуматов и соединений негидролизуемого остатка. При этом в пахотном слое черноземов расширяется отношение С к : Сфк до 2,3...2,7 /25, 64, ПО, 118, 143, 185, 193 /.
Значительные разногласия вызывает влияние минеральных удобрений на содержание гумуса в почве. По мнению ряда исследовате -лей: длительное применение минеральных удобрений способствует не только стабилизации содержания гумуса в почвах, но и повышению его содержания / 25, 51 /. При внесении минеральных удобрений пропесс разрушения гумуса замедляется примерно на 2 % /III/.
Но имеются данные, согласно которым содержание и состав гумуса совсем или мало изменяются как при внесении удобрений, так и без их использования / 108, 186, 187 /.
Большинство исследователей считает, что прогрессивное повышение плодородия почвы и заметное увеличение в ней запасов гумуса происходит при совместном применении органических и минеральных удобрений, которые дополняют друг друга в отношении гумусо-накопительной способности почв / 69, ПО, 207 /. В то же время интенсивное землепользование с применением продуктивных севооборотов, насыщенных чрезмерно пропашными культурами, или длительное сельскохозяйственное использование почв без достаточного внесения удобрений приводит к обеднению почв органическим веществом / 70, 71,/118, 198 /. Наибольшие потери гумуса в почве при возделывании сельскохозяйственных культур наблюдаются без применения удобрений /64, 66, III, 209 /.
Е.Л. Афанасьевой / 8 / было отмечено, что при длительном сельскохозяйственном использовании без внесения органических удобрений типичные и выщелоченные черноземы Среднерусской возвышенности в течение 67 лет потеряли 24 % гумуса или 49,3 т/га.
На значительных площадях недостаточное внимание к поддержанию оптимального уровня органического вещества в почве вызвало потерю структуры, привело к снижению урожайности и качества продукции / 31, 35, 51, 60, 77, 78, 81, 197 /.
В.А. Ковда / 66 / отмечает, что суммарное уменьшение гумусовых ресурсов пахотных почв страны за минувшие 70...80 лет достигло 40...50 % по отношению к началу века. Основные причины - минерализация 1?умуса при недостаточном поступлении органического вещества в почву и эрозионный смыв верхних горизонтов.
Агрошзические показатели исследуемых черноземов в условиях севооборота
Эффективное плодородие тяжелых по механическому составу почв, к которым относятся черноземы Кубани, в большой мере определяется их структурным состоянием. Структурные почвы обладают высокой порозностью, влагоемкостью и водопрочностью. В них создаются благоприятный воздушный и тепловой режимы, что обе -спечивает интенсивную мобилизацию питательных веществ, лучшее развитие микробиологических процессов в почве / 62, 146, 202/.
С агрономической точки зрения наиболее ценной является по Н.А. Качинскому / 63 / мелкокомковатая структура величиной 0,5...10 мм, другие исследователи считают агрономически ценными агрегаты от 0,25 до 10 мм / 156, 157, 177 /.
Длительное сельскохозяйственное использование почв приводит к распылению почвенной структуры и уменьшению водопрочных агрегатов размером более 0,25 мм / 92, 93, 146, 174, 175 /.
Благоприятное влияние на восстановление почвенной структуры и повышение плодородия почвы оказывает введение в севооборот посева многолетних трав / 63 /.
Рассматривая процесс структурообразования, М.М. Кононова считает, что образование прочных агрегатов обязано накоплению в почве легкодоступных органических веществ, появляющихся при разложении органических Остатков многолетних трав / 70, 71 /.
Качественный состав структуры черноземов зависит от их генетических особенностей, приемов агротехники и биологических особенностей возделываемых культур / 37, 52, 92, 93 /.
Данные табл. 17 свидетельствуют о высокой прочности почвенной структуры выщелоченного чернозема. На полях севооборота в пахотном слое почвы общая суглма водопрочных агрегатов размером более 0,25 мм находится в пределах от 68 до 76 %. Наблюдая ка -чественный состав структуры этих черноземов, можно заметить, что в них преобладают комковато-глыбистые агрегаты. Из данных таблицы 17 также следует, что на всех полях севооборота прочность структуры пахотного слоя ниже, чем в подпахотном горизонте почвы. По-видимому, длительное использование выщелоченного чернозема в производстве привело к разрушению водопрочных агрегатов в верхней части почвы.
Типичный чернозем относится к лучшим почвам Краснодарского края. В своем профиле он содержит не только большой запас питательных веществ, но и характеризуется благоприятными физиче -скими свойствами.
На полях севооборота в пахотном слое типичного чернозема общее количество водопрочных агрегатов находилось в пределах от 61 до 72 % (табл.18).
Водопрочность структуры выше на полях озимых культур, возделываемых по пласту и обороту пласта люцерны. Однако и здесь, как и в выщелоченном черноземе, наблюдается пониженное содержание прочных агрегатов в верхней части почвенного профиля.
В качественном отношении в структуре типичных черноземов преобладали более ценные в агрономическом отношении агрегаты размером от 3 до I мм, их количество на полях озимой пшеницы, идущей по пласту и обороту пласта люперны, составляло 74...80 % общей суммы водопрочных агрегатов.
Вполне удовлетворительной структурой отличаются и обыкновенные черноземы (табл. 19 ). Общая сумма водопрочных агрегатов в пахотном слое почвы на полях севооборотов этого чернозема составляла от 62 до 71 %. Такое количество прочных агрегатов обеспечивает обыкновенному чернозему хорошую влагоемкость, высокую водо и воздухопроницаемость и создает благоприятные условия для развития растений.
Сравнивая водопрочность структуры почвы на различных полях севооборота, можно заметить, что она выше там, где озимая шпеница возделывалась по пласту и обороту пласта люцерны, и ниже на других полях севооборота.
Сравнение количества водопрочных агрегатов, взятых с полей севооборота, занятых озимой пшеницей, возделываемой по различным предшественникам, и пропашными культурами, показало, что на по -лях, вышедших из-под пропашных культур, структура почвы хуже, чем после колосовых и особенно после многолетних трав. Увеличение количества водопрочных агрегатов под посевами озимой пшеницы на 7...10 % по сравнению с количеством водопрочных агрегатов под пропашными культурами отмечено на Кубани исследованиями И.А. Кузнецова / 80 /.
Более низкую водопрочность агрегатов в пахотном слое под пропашными культурами можно объяснить меньшей массой органиче -ского вещества, которое они оставляют в почве, и более интенсив -ной обработкой почвы.
Ухудшение почвенной структуры зависит прежде всего от агротехнических приемов возделываемых культур. На полях, недавно вышедших из-под люцерны, количество прочных агрегатов в пахотном слое почвы выше, чем на других полях севооборота. Такое различие в структурном составе почвы наблюдается только в первые годы, после различия постепенно сглаживается.
