Содержание к диссертации
Введение
2. Состояние изученности вопроса 7
2.1. Сера в растениях 7
2.2. Сера в почвах 9
2.2.1. Содержание, формы и изменение серы в почвах 9
2.2.2. Природа и баланс серы в почвах 16
2.2.3. Сера в почвах Краснодарского края 22
2.3. Эффективность применения серосодержащих удобрений 24
3. Методики исследований и условш почвообразования . 31
3.1. Методика закладки полевого опыта 31
3.2. Лабораторные исследования и методики анализов 31
3.3. Условия почвообразования 32
3.3.1. Границы района 32
3.3.2. Климат 33
3.3.3. Гидрография и гидрология 35
3.3.4. Рельеф 36
3.3.5. Растительность 36
3.3.6. Почвообразующие порода 37
3.3.7. Некоторые особенности серых лесостепных почв Краснодарского края 38
4. Результаты исследований 46
4.1. Содержание и формы срры в почвах 46
4.1.1. Валовая сера 46
4.1.2. Минеральная сера 53
4.2. Динамика серы в почвах , 65
4.2.1. Некоторые особенности распределения серы в изучаемых почвах 65
4.2.2. Динамика валовой серы 67
4.2.3. Динамика минеральной серы 82
4.2.4. Подвижность серы в почвах. 95
4.3. Эффективность сероседержащих удобрений при выращивании гороха 97
4.3.1. Некоторые агрономические характеристики почвы опытного участка 97
4.3.2. Влияние внесения серных удобрений на свойства почвы 100
4.3.3. Влияние серы на урожайность гороха 102
4.3.4. Влияние серы на структуру урожая гороха . 104
4.3.5. Влияние серы на качество урожая гороха 108
4.4. Экономическая эффективность применения серосодержащих удобрений 108
Выводы 115
Рекомендации 117
Список литературы
- Содержание, формы и изменение серы в почвах
- Эффективность применения серосодержащих удобрений
- Условия почвообразования
- Некоторые особенности распределения серы в изучаемых почвах
Содержание, формы и изменение серы в почвах
Сера изучена хуже всех главных питательных элементов растений. Содержание ее в почвах варьирует в больших пределах. Формы ее в почвах уже известны, но соотношение между ними зависит от многих факторов. Изменение форм серы в почвах происходит преимущественно под влиянием деятельности бактерии, а механизм этих изменений исследован недостаточно.
В земной коре серы примерно 0,15%, она входит в состав около 40 минеральных групп [ II, 52].
В почвах содержание серы в среднем 80 мг на 100 г почвы Г 65J, 60 мг на 100 г [26, 271. Количество ее в почвах подвержено значительным колебаниям: 14-106 мг на 100 г, в том числе 89-98$ недоступно.": для растений [24], поэтому остается только 2-11% [24], 10-15% [45], 10-12%[70]. Такие изменения определяются не только генетическим типом почв, но и сильно зависят от содержания гумуса, механического состава и других свойств почвы [24, 88, III, 123, 141].
Наиболее бедны серой, подзолистые почвы, особенно легкие по механическому составу. Здесь растения часто ошущают недостаток ее [ 56]. Самое значительное количество серы встречается в засоленных почвах, где она находится в виде сульфатного иона, связана с другими катионами и чаще всего с катионами кальция и натрия (CaS04. 2Н20, Na.2S04) [52, 56].
В почвах сера содержится в различных формах: CaSO FeSg , PeS ."Ka.gSO+.MgSOf , (tfH4)uS0 и органической серы [52]. Кроме этих видов серы,в почвах она может содержаться в форме элементарной. Этой формы очень мало. Она бывает в почвах, где происходит сильное восстановление, которое наблюдается при недостатке кислорода.
Отношение формы серы в почвах колеблется в больших пределах в зависимости от условий среды [29, 89, 117, 123, 138, 149] особенно от. рН [94, 132, 141].
В серых оподзоленных почвах лесостепи УССР сера изучена Мамонтовой Е.Г. В их пахотном слое содержание валовой и минеральной соответственно равно 19,7 мг, 1,7 мг/ЮО г почвы, а в темно-серых оподзоленных 27,3; 3,2; в черноземах оподзоленных 33,7; 2,8 мг/ЮО г почвы
Валовое содержание серы (I) в незасоленных почвах составляет в среднем 15,4, в засоленных почвах 81,1 мг на 100 г почвы, сера органических соединений (2) - соответственно 7,2 и 29 мг на 100 г. В форме растворимых в воде сульфатов (3) находится 1,6 и 13,3 мг/ЮО г почвы, а нерастворимых в воде неорганических сульфатов (4) соответственно 7,1 и 38,4 мг/ЮО г. Содержание I, 2, 3 положительно коррелирует с содержанием ила и с рН [123].
Содержание железа и алюминия в почвах значительно влияет на содержание и водвижность серы [91, 112, ИЗ, 143, 146].
Подвижность серы в почвах зависит не только от содержания железа и алюминия, но и от многих факторов, особенно от рН [ 122, .131]. В США в 1979 г. доступность сульфатов растениям в тропических почвах изучали Lalbwei "D.J, j В отії din 2 . В. . [94 ]и установили, что она подвержена значительным колебаниягл. Рассмотрено влияние рН и концентрации сульфатов на количество сульфатов, сорбируемых некоторыми почвами Бразилии. Установлено, что в подпахотных горизонтах сорбция сульфатов достигает значительных величин - до 2 мэкв на 100 г и более, обнаруживая при этом четкую зависимость от рН равновесного раствора. Чем выше рН, тем меньше сорбировалось сульфатов. Вверху по почвенному профилю, по мере повышения содержания органического вещества, показатели сульфато-сорбции уменьшались и обнаруживали меньшую зависимость от рН.
Содержание общей и подвижной серы в почвах некоторых районов юга Польши изучено Ka.rkinis Micios . В изучаемом районе в бурых лесных почвах и в карбонатных рендзинах в горизонте А содержание валовой серы составляет 2,5-8,5 мг/ЮО г почвы, вниз по профилю оно убывает. Подвижной серы содержится 0,01-0,05 мг/ЮО г, что соответствует 0,2-2,0$ от валовых запасов. Процентное содержание подвижной серы от валовой вниз по профилю почвы увеличивается. В нетипичных почвах (сульфатных рендзинах) содержание валовой серы в горизонте А составляет 10,0-30,0 мг/ЮО г, вниз по профилю оно возрастает, подвижной серы 0,5-6,0 мг/ЮО г. Процентное содержание подвижной серы от валовой в горизонте А составляет 0,5-34,2%, вниз по профилю оно уменьшается Г 116].
В 1976 году Гулимов С., %халова В.Л. изучали содержание серы и ее формы в орошаемых почвах Узбекистана и установили, что ее валовое количество в слое 0-100 см колебалось от 21 до 86, а в нижних слоях от 13 до 68 мг/ЮО г почвы. Многолетнее применение минеральных удобрений не отразилось на содержании общей серы в почвах. Внесение навоза значительно обогатило их этим элементом. Количество минеральной серы в слое 0-100 см составляло 14-56% от валовой, возрастая вниз по профилю. Систематическое применение минеральных удобрений слабо отразилось на содержании минеральной серы. Несколько большее влияние оказало внесение навоза [ 29].
Эффективность применения серосодержащих удобрений
Еще сравнительно недавно не изучали роль серы в питании растений. В практике считали, что содержание ее в почве для растений достаточно, поэтому вносить сероудобрение не надо. Но в настоящее время роль серы в жизни растений и в повышении урожайности культур оценивается правильно. Потребность серы для некоторых культур даже выше, чем фосфора. Об этом можно судить по выносам их с урожаем. По мнению Пейве Я.В., вынос серы из почвы с урожаем составляет 2/3 количества выносимого фосфора. У луговых трав содержание серы примерно равно содержанию фосфора, в то время как у бобовых ее даже больше, чем фосфора [56]. По М.П.Шкелю [85], прибавки урожаев от серных удобрений достигают следующих размеров: зерна озимой пшеницы - 1,7-3,7, озимой ржи -1,5-3,0, ячменя - 1,9-3,0, овса - 1,5, сена клевера - 1,6-15,0, клубней картофеля - 6-29, корней брюквы - 30-50, зеленой массы корневой капусты - 17-40 и/га 85].
Ясно, что с повышением урожайности вынос серы из почвы увеличивается, особенно при условии недостаточного содержания ее в почвах. Растения, испытывающие недостаток серы, имеют более низкое ее содержание по сравнению с достаточно обеспеченными [96] (табл. I).
При повышении обеспеченности почв серой возрастает главным образом содержание неорганической серы и в меньшей степени органической. Таким образом, растение стремится сначала удовлетворить свою потребность в органической сере. Поглощенная сверх этого сера накапливается в виде SO " и в случае потребности может быть восстановлена и включена в органическое вещество С 61].
При недостатке серы в растениях обнаруживаются аминокислоты которые в нормальных условиях не накапливаются, что свидетельствует о снижении синтеза белка, даже происходит распад белка [93].
Кроме повышения урожая культур, сера входит в состав сульф-гидрильных групп, влияет на устойчивость растений к повышению и понижению температуры, засухе, а также к воздействию вредной реакции [18].
Сера влияет на растение не только прямо, но и косвенно через влияние на другие элементы. Например, оно способствует переводу трудноусвояемых соединений фосфора и калия в доступные для растений формы. Также влияет она и на медь, молибден и другие микроэлементы [108, 118, 144]. В Краснодарском крае эффективность серосодержащих удобрений почти не изучена. На горно-лесных бурых почвах края установлено, что серосодержащие удобрения в вегетационном опыте способствовали прибавке урожая сои на 14-19$, в полевом опыте они способствовали увеличению урожая сои на 3-30$, и способствовали повышению белка на 20% и жира на 8% по сравнению с контролем [72]. Кроме Краснодарского края, на Украине, в Белоруссии, Прибалтике, Башкирии и др. этот вопрос тоже изучался. Полученные данные свидетельствуют, что дефицит серы в почве может привести к снижению урожая и ухудшению его качества [ 96]. В стационарном опыте на дерново-подзолистой суглинистой почве Белоруссии при внесении серосодержащего простого суперфосфата (на фоне аммиачной селитры и хлористого калия) средний урожай за 3 года с I га составлял: зерна озимой пшеницы 37,7 ц, ячменя 43,3 ц, клевера 64,5 ц, турнепса 386 ц, сбор кормовых единиц за ротацию 252,1 ц, тогда как при внесении двойного суперфосфата (не содержащего серы) урожай был меньше, соответственно 35,9; 40,5; 60,8; 370; 243,1 ц/га L84].
Сера гипса на легких почвах Латвии увеличивала урожай клевера на 10-15%, гороха-на 8-10%, кормовой брюквы-на 6-8% (0зо-ла, 1968). А.Д.Хоменко (1980) также рассматривает влияние серного питания растений как фактор повышения их продуктивности. Установлена значительная эффективность применения серы как компонента минеральных удобрений в полевых условиях на подзолистых и оподзоленных почвах в опыте с клевером, озимой пшеницей, кукурузой, сахарной свеклой [83], Поскольку сера потребляется растениями в значительных количествах, вынос ее из почв с урожаями растений тоже высокий.
Haef B-.G-. , изучая влияние серы почв на растения среднего Запада и северо-востока США., показал, что за рассматриваемый период сильно возросли урожаи большинства сельских культур и вынос серы с урожаем, но вследствие применения синтетических, не содержащих серы удобрений и пестицидов поступление с ними серы резко сократилось. Однако одновременно увеличился выброс в атмосферу S Og за счет увеличения количества сжигаемого топлива промышленностью, транспортом и др., больше стало поступать серы в почву с атмосферными осадками, поэтому число случаев высокой эффективности сероудобрений по этим зонам растет очень медленно CIII].
Взаимодействие между серой, азотом и фосфором изучалось Urialc Zof ia. , $гуш.алал1э.а. Жат? . Они ИССЛеДОВаИИ воздействие форм азота, а также доз фосфора и серы на продуктивность и использование макроэлементов культурными растениями в сосудах с песком в условиях вегетационного домика. Опытными растениями были кормовые бобы, инокулированные соответствующим штаммом pb-irobiixpa , и кукуруза. В опытах применены: азот в нитратной и амнонийной форме, а также 2 дозы фосфора и 3 дозы серы. Уборку растений проводили в начале цветения. Полученные результаты свидетельствуют о том, что вегетация растений зависела как от формы азота, так и от дозы серы, и в меньшей степени от дозы фосфора.
Условия почвообразования
Предгорная равнина расчленена довольно многочисленными реками, которые берут начало с Главного Кавказского хребта и с северных склонов Передового хребта.
Наиболее крупными из них являются: Ходзь, Фарс, Белая, Курд-жинс, Пшеха, Пшиш, Марта, Псекупс, Шебш, Афипс, Убинка, Иль, Хабль, Ахтырь, Абин, Неберджайка и др. [69].
Важную роль в водозаборе и эрозионных процессах на описываемой территории играют и более мелкие реки и балки.
Все реки в предгорной зоне многоводны лишь в дождливое время года. В засушливые месяца они сильно мелеют, а реки второго и третьего порядка обычно пересыхают. Питаются эти реки за счет выпадающих атмосферных осадков и таяния снега. Реки в области предгорий принимают значительное участие в формировании рельефа местности [69]. Грунтовые воды здесь залегают на больших глубинах, поэтому не оказывают какого-либо влияния на процессы почвообразования.
По характеру рельефа район распространения серых лесостепных почв представляет широковолнистую, слабо наклонную к северу предгорную равнину. Во многих местах равнинность нарушается долинами протекающих рек и балками с многочисленными ответвлениями [21].
Наиболее выравнена северная часть предгорной равнины, занятая слитыми и темно-сернми лесостепными почвами. При движении на юг равнина становиться полого-увалистой, разница высот между долинами рек и водоразделами возрастает.
Ближе к горам, где распространены светло-серые и бурые лесные почвы, рельеф характеризуется еще большей волнистостью и более значительной разницей между высшими и низшими отметками местности .
Хорошо выраженные элементы мезорельефа оказывают значительное влияние на степень эродированности, гумусированности, выще-лоченности, оподзоленности и другие свойства почв [69] .
Процесс почвообразования в значительной степени определяется характером господствующей естественной растительности. Растительный покров предгорной равнины изучали в разное время Н.й.Кузнецов [48], Н.А.Буш [20], А.А.Гроесгейм [28] и другие.
Наиболее исчерпывающие сведения, относящиеся непосредственно к изучаемой территории,имеются у И.С.Косенко [46j. Он указывает, что территория, занятая серыми лесостепными почвами, по яв но преобладающему лесному типу растительности целиком относится к лесной зоне. По Н.А.Бушу [20], эта территория также целиком входит в состав "широколиственных смешанных лесов".
Лесная растительность данной зоны довольно однообразна. По В.Ф.Валькову [21], на этих почвах естественная растительность представлена дубами, часто травянистыми лесами с примесью дикорастущих плодовых деревьев. Лесные массивы в прошлом чередовались с участками кустарниковой степи.
В настоящее время природная растительность на значительных площадях сведена человеком в хозяйственных целях. Поэтому естественный процесс почвообразования ослаблен, а его направление зависит от специфических особенностей возделываемых культур и характера проводимых агротехнических мероприятий.
Почвообразующие породы серых лесостепных почв представлены поелетретичными отложениями - суглинками и глинами, палево-бурой с оливковым оттенком окраски.
Известковые новообразования почвообразующих пород представлены твердыми, хорошо отмытыми журавчиками. С глубиной окраска пород постепенно изменяется до желтовато-бурой, журавчики увеличиваются в размерах и,наряду с ними, наблюдаются рыхлые скопления карбонатов [ 21]. Предгорная равнина выполнена аллювиально-делювиальными и пролювиальными отложениями [13, 21].
Некоторые особенности распределения серы в изучаемых почвах
Установлено, что большая часть серы входит в состав резервной формы. В верхнем горизонте она, преимущественно, в составе органических соединений. В нижних безгумусовых горизонтах, недостаточно аэрируемых, резервная сера представляет преимущественно сульфидные формы. Даже в псевдоглеевом горизонте могут возникать промежуточные соединения серы - тиосульфаты и тетра-тионаты.
Результаты определения валовой и минеральной серы в подтипах серых лесостепных почв подтверждают отмеченные закономерности. Количество ее соответственно в сравниваемых слоях наибольшее в темно-серых почвах и закономерно уменьшается к серым и светло-серым.
Учитывая, что почвы с содержанием минеральной серы менее 2, от 2 до 3 и выше 3 мг на 100 г почвы, соответственно, бедны, средне обеспеченны, богаты серой, можно считать светло-серые почвы, имеющие менее 2 мг на 100 г почвы минеральной серы слабо обеспеченными доступными соединениями серы.
Таким образом, можно ожидать положительного действия от серосодержащих удобрений на светло-серых почвах, а под требовательными к этому элементу,растения - и на серых.
Учитывая значительную пестроту в содержании этого элемента в пределах каждого подтипа, целесообразно определение минеральной серы в почвах каждого участка для более обоснованного заключения о потребности в содержащих серу удобрениях. по почвенным условиям площадки площадью 3 х 3 м на светлосерых лесостепных почвах в районе станицы Калужской Северского района. Одна площадка избрана на пахотном угодье, другая-под дубовым лесом.
Динамику валовой и минеральной серы в почвах исследовали по двум разрезам (Pj - пашня и Pg - лес). Отбор образцов для анализа проводили с помощью бура из центра каждой площадки. Принципы отбора образцов приведены в разделе методики исследования. Чтобы определить необходимое число повторностей при определении серы в почвах, были отобраны образцы из слоя 0-20 см в 8 кратной повторности на каждой из избранных площадок. Результаты определений серы подвергнуты статистической обработке. Они показывают, что при определении с точностью 0,1 мг серы на 100 г почвы при доверительной вероятности 90%, необходимо отбирать образцы в 3-х краткой повторности (табл. I приложения). Определение серы проводили в смешанных образцах, составленных из 3-х индивидуальных проб.
Метеорологические данные, которые могут влиять на динамику серы, приведены по метеостанции "Горячий Ключ", ближайшей к станице Калужская, где заложены разрезы.
Исследование динамики серы проведено по сезонам года в течение 1982-1983 гг. В эти сроки погода несколько отличалась от среднемноголетней (табл. 2 приложения). В 1982 году самым холодным месяцем был февраль (-2,9), самым теплым - август (20,8); а в 1983 году самым холодным - январь (1,0), самым теплым -июль (32,1).
Количество осадков, по среднемноголетним данным, наиболее высокое наблюдалось в декабре (96 мм), а наименьшее - в мае (54 мм). Самое высокое количество осадков в 1982 году отмечено в январе (140 мм), а наименыпее-в ноябре (II мм); в 1983 году на-иболыпее-в январе (151 мм), а наименыпее-в мае (20 мм).
Особенности распределения температуры и осадков по месяцам, в которые отбирали образцы почвы, приведены в таблице 3 приложения.
Результаты исследования показывают, что общими закономерностями распределения серы на светло-серых лесостепных почвах на пашне (Pj) и под лесом (Pg) являются более высокие содержания ее в верхней части (0-30 см). Ниже количество серы в среднем заметно понижается. Увеличение количества валовой серы в нижней части профиля не всегда наблюдается. В большинстве случаев по срокам наблюдения более высокое содержание ее установлено в профиле почвы под лесом.
В распределении минеральной серы на пашне и под лесом также установлены некоторые общие закономерности. Наиболее высокое ее содержание обычно наблюдается в горизонте Aj, как и валовой серы, ниже (горизонт ) количество ее заметно снижается. С глубины примерно 70-80 см (горизонт В) содержание ее снова повышается и иногда превышает ее количество в горизонте Aj.
Основная часть серы в почве на пашне и под лесом представлена резервной, в гумусовых горизонтах - это преимущественно сера в органических соединениях (табл. 14-17), в безгумусовых горизонтах труднорастворимые минеральные соединения представлены преимущественно сульфидами.
