Содержание к диссертации
Введение
1. Роль органических удобрений в окультуривании дерною-подзолистых почв 6
2. Условия проведения опытов
2.1. Почвенно-климатические условия 28
2.2. Характеристика почв опытных участков 31
2.3. Метеорологические условия в годы проведения опытов 43
3. Методика и содержание работ 48
4. Результаты исследований
4.1. Влияние повышенных норм органических удобрений на водно-физические свойства почв 58
4.2. Режим почвенной влажности при внесении различных норм органических удобрений 60
4.3. Действие удобрений на агрохимические свойства почв 66
4.4. Изменение содержания и состава гумуса мелиорируемых дерново-подзолистых почв под влиянием удобрений 75
4.5. Влияние удобрений на питательный режим и биологическую активность почвы 84
4.6. Урожайность сельскохозяйственных культур 103
4.7. Влияние удобрений на качество продукции 119
5. Экономическая эффективность 127
Выводы 132
Предложения производству 135
Список литературы 136
- Роль органических удобрений в окультуривании дерною-подзолистых почв
- Метеорологические условия в годы проведения опытов
- Режим почвенной влажности при внесении различных норм органических удобрений
- Влияние удобрений на питательный режим и биологическую активность почвы
Введение к работе
Актуальность темы. Майским Пленумом ЦК КПСС (1982 г.) намечена широкал Продовольственная программа, осуществление которой потребует дальнейшего развития мелиорации земель в Нечерноземной зоне.
Повышение эффективности мелиорируемых земель связано с применением комплекса мероприятий по их окультуриванию, так как большинство мелиорируемых земель зоны характеризуются невысоким естественным плодородием. В этой связи одним из основных приемов в системе мероприятий по окультуриванию мелиорируемых земель является применение органических удобрений, которые не только обогащают почву питательными веществами, но и, повышая содержание гумуса в почвах, улучшают водно-физические свойства, а следовательно их водный и температурный режимы. Применение органических удобрений в 1985 г. должно составить 1...1,2 млрд. тонн, а к 1990 г. возрасти до 1,5 млрд.тонн.
Большинство данных литературы по применению органических удобрений относятся к старопахотным почвам нормального увлажнения. Исследования, проводимые на мелиорируемых почвах посвящены в основном влиянию удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур, причем, как правило, удобрения изучались в невысоких нормах и при разовом внесении.
В связи с недостаточной изученностью вопроса о влиянии повышенных норм органических удобрений на плодородие почв, урожайность и качество продукции исследования, проводимые в этом направлении, являются актуальными.
Цель и задачи исследований. Целью нашей работы являлось установление оптимальных норм органических удобрений и продолжительности периода окультуривания мелиорируемых почв.
В задачи исследований входило: изучение влияния различных норм органических и эквивалентных им минеральных удобрений на:
водно-физические свойства мелиорируемых почв и водный режим;
агрохимические свойства почв;
содержание и групповой состав гумуса;
пищевой режим и биологическую активность почв;
урожайность сельскохозяйственных культур;
качество растительной продукции.
Определение экономической эффективности применения различных норм удобрений.
Научная новизна работы. В работе впервые установлено влияние повышенных норм органических удобрений на изменение основных факторов плодородия мелиорируемых почв, урожайность и качество растительной продукции, выполнена сравнительная оценка действия повышенных норм органических удобрений и эквивалентных им норм минеральных удобрений.
На основе агроэкономической оценки рекомендованы нормы удобрений и определен период окультуривания мелиорируемых почв невысокого естественного плодородия до получения полной проектной урожайности.
Практическая ценность результатов исследований. Материалы, полученные в результате проведенных исследований, могут быть использованы в проектах мелиорации при разработке раздела "Сель скохозяйственное освоение", а также мелиоративно-строительными организациями при проведении работ в год сдачи объектов в эксплуатацию и хозяйствами-землепользователями в период эксплуатации мелиорируемых земель.
Апробация работы и публикации. Результаты исследований были доложены на научно-технических конференциях СевНИИГиМ. По
материалам диссертации опубликовано 6 статей и рекомендации.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, предложений производству, библиографии (201 наименование, в том числе 25 иностранных работ). Содержание её изложено на 158 стр. машинописного текста, иллюстрировано 39 таблицами и 14 рисунками.
Роль органических удобрений в окультуривании дерною-подзолистых почв
Действие органических удобрений, по мнению ряда авторов, (Кононова, Дьяконова, I960; Алексеева, 1967, 1970; Данников, 1972) многосторонне, они оказывают влияние на химические, физические и биологические свойства почв.
Органические здобрення являются источником минерального питания, углекислоты для растений. Они способствуют поддержанию бездефицитного баланса гумуса в почве, увеличивая поглотительную способность и буферность почвы. Биологическое действие органических удобрений связано с обогащением почвы микрофлорой и энергетическим материалом. Как показывают результаты исследований, многих авторов (Касаткин, 1962, 1964; ijuTaEcL, 1964; Скалозубова-Голяновская, 1964; Исакова, Лебедева, 1968; Кула-ковская, 1970, 1976), особенно велика роль органических удобрений в окультуривании дерново-подзолистых почв.
Роль органических удобрений в балансе азота, как свидетельствуют Н.А.Сапожников, Т.К.Ливанова (1976), сводится не только к пополнению запасов азота в почве, но и как сорбентов минеральных соединений и регуляторов концентрации солей в почвенном растворе. Как отмечает В.Б.Богданова (1969), оптимальный фосфатный уровень (20...25 мг/100 г $) в дерново-подзолистой почве был достигнут в течение б лет на вариантах, сочетавших высокие дозы навоза (120 и 240 т/га); минеральных удобрений
По данным Л.А.Копыловой (1979), внесение органических удобрений (навоз 150 т/га; торф 150 т/га) в суглинистые и песчаные дерново-подзолистые почвы привело к значительному увеличению рыхлосвязанных фосфатов. Н.С.Авдонин и др. (1961), рассматривая действие органических удобрений в норме 40 т/га (навоз или торфо-навозный компост) на агрохимические свойства слабоокультуренной почвы, отмечают, что снижение гидролитической кислотности достигает 2,5 мг-экв. на 100 г почвы; сумма обменных оснований увеличивается на 3,3...3,7 мг-экв. на 100 г. М.И.Касаткин, И.В.Шилина (1970) отмечают увеличение содержания подвижных форм JV , PgOg, К0, уменьшение содержания подвижного АЬ при внесении органических удобрений. Аналогичные данные приводят И.П.Аренс (1956), Т.Н.Кулаковекая (1973).
Накопление подвижных форм фосфора наблюдалось также в опытах В.П.Ламзина и Н.Л.Стриевской (1971). Изучение влияния разового внесения различных норм навоза (40... 160 т/га) на старопахотной дерново-подзолистой почве (Богданович, Калиновский, Красикова, 1972) показало, что внесение высоких норм навоза (160 т/га) заметно улучшало агрохимические свойства этих почв: гидролитическая кислотность снижалась в 3...4 раза; резко уменьшилось содержание подвижных соединений Jit +, увеличилось содержание подвижных фосфатов. В то же время, при внесении 40 т/га навоза агрохимические свойства почв изменились незначительно.
Б.Богданова (1969) выявила зависимость между уровнем плодородия и "дыханием" почвы. При высоком уровне плодородия (внесено 240 т/га органических удобрений) выделилось 15,63 г/м2 за сутки COg, тогда как на контроле было 7,70 г/м2.
Таковы некоторые данные, раскрывающие роль органических удобрений в улучшении агрохимических свойств дерново-подзолистых почв нормального увлажнения. Мелиорируемые дерново-подзолистые почвы имеют ряд особенностей, отличающих их от почв нормального увлажнения.
Длительное переувлажнение и недостаток аэрации в этих почвах обусловили преобладание восстановительных процессов над окислительными (Черненков, 1949; Сапожников, Корнилов, 1977). В этих условиях происходит восстановление окисных компонентов минеральной части почвы, образование более растворимых закисних соединений железа и марганца и накопление подвижного алюминия (Пестряков, 1977). Обладая большими запасами органического вещества, по сравнению с почвами нормального увлажнения, переувлажненные почвы характеризуются высокой кислотностью, низкой биологической активностью, слабой обеспеченностью элементами питания в доступных для растений формах, а следовательно низким эффективным плодородием.
Осушение переувлажненных почв, резко улучшая условия их водного режима, способствует устранению ряда их негативных свойств, в частности, снижению содержания закисных соединений.
С другой стороны, проведение мелиоративно-строительных и культуртехнических работ приводит к извлечению на поверхность нижних горизонтов, которые характеризуются малым содержанием гумуса, неблагоприятными физико-химическими свойствами.
Метеорологические условия в годы проведения опытов
За годы исследований (1975...1980 гг.) метеорологические условия довольно резко различались - табл.2.3.1, 2.3.2. Вегетационный период 1975 г. характеризовался преобладанием теплой погоды и небольшим количеством осадков. По данным метеостанции "Белогорка" количество осадков в мае и июне было близким к среднемноголетнему. Июль, aervcT и сентябрь были сухими (77, 83, 2Щ ). Температуры в период вегетации превышали норму, лишь в июне температура была ниже нормы на 0,5С. По количеству осадков вегетационный период 1976 г., по метеостанции "Белогорка", был близок к среднемноголетним данным. Сумма осадков составила 349 мм, что на 87 мм больше, чем в 1975 г. Осадки выпадали преимущественно в виде ливней. По данным метеостанции "Ленинград", за вегетационный период 1976 г. выпало 390 мм (115$ нормы), причем, больше нормы в июне и в июле (120 и 169%). На протяжении всего вегетационного периода среднемесячные температуры были ниже нормы, только в мае (по данным метеостанции "Белогорка") температуры превышали норму на 0,2С . 1977 год характеризовался количеством осадков ниже нормы, особенно мало их было в июне (9%). Температура в течение вегетационного периода значительно колебалась: отклонения от нормы с июня по сентябрь составили +4,8; -5,1С. Вегетационный период 1978 г. был прохладным и влажным, однако май был очень сухим (2-12% от нормы осадков). В целом за вегетационный период сумма осадков составила 385 мм (110% от нормы) по метеостанции "Белогорка", 395 мм (112% от нормы) по метеостанции "Воейково" и 383 мм (113% от нормы) по метеостанции "Ленинград". Температурный режим складывался неблагоприятно: за исключением мая, температуры были ниже нормы, что обусловило понижение испарения, которое совместно с повышенным количеством осадков вызвало значительное переувлажнение почвы.
В 1979 г. вегетационный период характеризовался неравномерной влагообеспеченностью. Если в целом за вегетацию выпало 111% нормы осадков, то в июле их количество составило 200%, а в июне лишь - 37%. Запасы влаги в пахотном слое резко колебались. Температурный режим был достаточно благоприятным. Переход среднесуточной температуры воздуха через 10 произошел 14...17 мая, на 10...12 дней раньше нормы. Основными особенностями 1980 г. являлись неравномерность увлажнения и пониженные по сравнению с нормой температуры в течение июня - сентября. В мае было сухо - количество осадков составило 15 шл (31% нормы). В конце июня прошли ливневые дожди. Исследования проводились в полевых и вегетационных опытах. Полевой опыт I выполнялся в 1975...1978 гг. по схеме (рис.3.I). В опыте изучалось действие разового и двукратного внесения различных норм органических и минеральных удобрений и их последействие. Повторность опыта трехкратная; площадь опытной делянки 0,06 га. Органические и минеральные удобрения вносили после вспашки и заделывали дисковой бороной. Известкование проведено общим фоном. Полевой опыт П проводился "в 1978...1980 гг. по схеме (рис. 3.2). В опыте изучалось действие разового, двукратного и трехкратного внесения различных норм органических и минеральных удобрений и их последействие. Повторность опыта трехкратная; площадь опытной делянки 0,08 га. На участке проведено известкование общим фоном. Удобрения вносили после вспашки и заделывали дисковой бороной. Оба опыта заложены на участках первого года освоения после мелиорации. Полевой опыт Ш выполнен в 1976...1978 гг. по схеме (рис.3.3). В нем изучалось действие разового и трехкратного внесения различных норм органических и минеральных удобрений. Повторность опыта четырехкратная; площадь делянки 0,08 га. Известкование проведено общим фоном. Агрохимические показатели органических удобрений, применяемых в опытах, приведены в табл.3.I. Наряду с элементами питания в органических удобрениях содержатся гумусовые вещества (Александрова, 1980).
Режим почвенной влажности при внесении различных норм органических удобрений
Положительное действие органических удобрений на водный режим дерново-подзолистых мелиорируемых почв, отмеченное рядом авторов (Морозова, 1965; Преображенский, 1966), наблюдалось и в наших опытах. Данные по влажности представлены в виде изоплет, на которых прослеживается влияние повышенных норм органических удобрений и их последействие на водный режим супесчаной и тяжелосуглинистой почвы (рис.4.2.1, 4.2.2).
Внесение повышенных норм органических уцобрений положительно сказывалось на водном режиме дерново-подзолистых почв как в сухие, так и во влажные периоды. Например, если в течение всего июня 1978 г. (опыт П) на контроле на глубине 15 см отмечался недостаток влаги, то при внесении 200 т/га ТМАУ период с недостаточным увлажнением сократился до 16 дней (см. рис.4.2.1). В августе того же года на контроле наблюдалось переувлажнение почвы в течение всего месяца, а при внесении 200 т/га органических уцобрений лишь 7 дней.
В целом за вегетационный период 1978 года количество дней с оптимальным увлажнением увеличилось с 7 на контроле до 65 на варианте с внесением 200 т/га органических уцобрений (табл. 4.2.1).
При меньших нормах органических уцобрений разница в продолжительности периода с оптимальным увлажнением между контролем и делянками с внесением ШАУ была меньшей (8 дней при норме 50 т/га и 35 - при норме 100 т/га).
Несколько большее влияние на режим влажности почвы по сравнению с однократным внесением удобрений оказало их двух- и трехкратное применение: период с оптимальным увлажнением в 1979 г. при двукратном внесении 200 т/га ТМАУ был на 60 дней продолжительнее по сравнению с контролем, в 1980 г. (трехкратное внесение) - на 62 дня.
Органические удобрения, изменяя водно-физические свойства почвы, способствовали улучшению её водного режима не только в год внесения, но и в последействии.
Так, в 1979 году на контрольном варианте в течение всего вегетационного периода на глубине 15 см наблюдался недостаток влаги, тогда как на вариантах, где в предыдущий год вносились органические удобрения, период с оптимальным увлажнением составил от 12 до 38 дней в зависимости от нормы удобрений. На второй год последействия (1980) разница в продолжительности периода оптимального увлажнения между контролем и вариантом с внесением 200 т/га ЇМАУ составила 20 дней (см.табл.4.2.1); на третий и четвертый годы последействия (1978-1979 гг., совхоз "Новый Свет") период оптимального увлажнения при внесении 250 т/га органических удобрений был на 7 дней продолжительней, чем на контроле (табл.4.2.2).
Двукратное внесение органических удобрений оказало значительно большее последействие на режим влажности, чем однократное: даже на Ш год после внесения 250 т/га удобрений период с оптимальной влажностью был на 65 дней продолжительнее, чем на контроле.
Обобщая результаты наблюдений, следует подчеркнуть, что однократное применение удобрений, хотя и оказывает значительное положительное влияние на водный режим почвы в год внесения, но это влияние к третьему году последействия резко уменьшается.
Только повторное применение органических удобрений способствует заметному улучшению водного режима даже на третий год после их внесения.
Рассматривая влияние органических удобрений на реакцию среды, содержание обменных катионов и насыщенность основаниями, следует отметить, что применение органических удобрений оказало положительное влияние на эти свойства почвы, как в год внесения, так и в последействии. Агрохимические показатели под влиянием органических удобрений заметно изменяются уже в 1-й год освоения. Так, величина рН дерново-подзолистой супесчаной почвы возрастает от 4,2 на контроле до 4,4 и 4,52 при внесении ШАУ в норме 50 и 100 т/га, а при более высоких нормах - 150...200 т/га - до 4,7...4,75 (табл. 4.3.1). Гидролитическая кислотность снижается с 4,2 на контроле до 3,9...3,76 мг-экв на 100 г при нормах 50 и 100 т/га ШАУ, а при внесении повышенных норм (150...200 т/га) - до 3,7...3,67 мг-экв на 100 г почвы.
Аналогичные результаты получены в опыте I на дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве. Снижается кислотность на фоне органических удобрений: рН меняется от 4,9 на контроле до 5,1 на фоне ШАУ 250 т/га; гидролитическая кислотность - от 12,7 (контроль) до 5,69 мг-экв на 100 г почвы (ТМАУ 250 т/га) (табл.4.3.2).
Под действием органических удобрений возрастает сумма обменных оснований Са и UQ и степень насыщенности основаниями, особенно резко изменился последний показатель тяжелосуглинистой почвы: с 25% на контроле до 65% при внесении 250 т/га удобрений. Это объясняется наличием в органических удобрениях обменных ос нований Са и Mo , реакцией среды близкой к нейтральной.
Даже однократное внесение органических удобрений оказывает длительное последействие на агрохимические свойства почвы. Так, на второй год последействия 100 т/га ТМАУ величина рН супесчаной почвы была на 0,34, а степень насыщенности основаниями на 18$ выше, чем на контроле. Применение же нормы ТМАУ 200 т/га обеспечило на П год последействия разницу в величине рН супесчаной почвы 0,56, а степени насыщенности основаниями 24$.
Еще более сильное влияние на агрохимические свойства почвы как в действии, так и в последействии оказало повторное применение органических удобрений. Например, если при однократном внесении 100 т/га ТМАУ величина рН тяжелосуглинистой почвы увеличилась лишь на 0,1, а степень насыщенности основаниями на 21%, то внесение этой нормы в течение двух лет подряд обусловило по сравнению с контролем, разницу в величине рН 0,8 и степени насыщенности основаниями 39$.
Влияние удобрений на питательный режим и биологическую активность почвы
Как известно, азот почвы содержится преимущественно в органическом веществе, при минерализации которого образуются доступные растениям нитратные и аммиачные формы. Его динамика в дерново-подзолистых почвах, по мнению Т.В.Аристовской (1965), Е.Н.Мишустина (1972), В.К.Пестрякова (1977), связана, прежде всего, с сезонностью развития микрофлоры.
Анализируя полученные в опытах результаты, следует отметить, что на количество нитратного и аммиачного азота оказали наибольшее влияние применение удобрений и почвенно-климатические условия. На рис.4.5.1 и 4.5.2 представлены данные, отражающие динамику нитратного и аммиачного азота в супесчаной дерново-подзолистой почве за вегетационный период в годы исследований.
В год внесения удобрений (1978), который характеризовался неблагоприятными для нитрификации метеоусловиями, содержание нитратного азота в почве контрольных делянок было невелико и составило в среднем за вегетационный период 0,85 мг на 100 г почвы, достигая максимальной величины 1,8 мг на 100 г почвы в середине июля. Внесение органических .удобрений в нормах 50... 100 т/га оказало влияние на содержание нитратного азота только в начале вегетационного периода - его количество увеличилось по сравнению с контролем на 1...1,2 мг на 100 г почвы. В июле и августе действие этих норм на содержание нитратов не проявля лось. Только внесение 200 т/га обеспечило в течение всего вегетационного периода значительное улучшение нитратного режима: особенно в июле, когда содержание нитратов в почве удобренных делянок увеличилось почти втрое по сравнению с контролем.
В 1979 году создались более оптимальные условия для накопления нитратов (благоприятный температурный режим и достаточное количество осадков), особенно в июле, в связи с чем наблюдается значительное накопление нитратов. Разница между контролем и вариантом последействия 200 т/га ТМАУ составила 5,8 мг на 100 г почвы. Ко второму готт,у последействия, неблагоприятному для нитрификации, влияние всех норм органических удобрений на накопление нитратов полностью затухает. Лишь при внесении 200 т/га ТМАУ содержание нитратов приближается к 2 мг на 100 г почвы.
Двукратное внесение органических удобрений оказало большее, по сравнению с однократным, влияние на азотный режим почвы. Количество нитратного азота в среднем за вегетационный период составило при внесении ТМАУ 100 т/га - 5,20; 200 т/га - 7,35 мг на 100 г почвы, тогда как на контроле - лишь 1,2 мг на 100 г почвы.
В 1980 году в почве контрольных делянок содержание нитратного азота не превышало 0,2...0,4 мг на 100 г почвы, при трехкратном внесении высоких норм удобрений содержание нитратного азота резко возрастало.
Закономерности во влиянии органических удобрений на содержание нитратного азота, характерные для супесчаной почвы, проявляются также в почвах тяжелого механического состава. Среднее за вегетационный период содержание нитратного азота в них значительно возрастало при внесении органических удобрений: с 0,40 на контроле до 6,21 мг на 100 г почвы при внесении 250 т/га ТМАУ. Двукратное применение органических удобрений оказало еще большее влияние на количество нитратного азота - при 250 т/га оно достигло 14,4 мг на 100 г почвы (табл. 4.5.1).
При совместном внесении органических удобрений в норме 100 т/га с минеральными в эквивалентной норме среднее за вегетационный период содержание нитратного азота было близким к данным, полученным при внесении 200 т/га органических удобрений.
Влияние минеральных удобрений в год их внесения (как при однократном, так и при двукратном применении) было близко к действию эквивалентных норм органических удобрений, однако в последействии минеральные удобрения значительно уступали органическим. Содержание нитратов уже на следующий год после внесе ния минеральных удобрений практически находилось на уровне контроля.
Характер кривых изменения содержания аммиачного азота несколько иной. Лучшие условия для процессов аммонификации создаются весной и в июне, в июле эти процессы затухают, а затем в августе несколько усиливаются (1980), или остаются на том же уровне.
Очевидно, нитраты к 3-ему году поглощаются растениями, вымываются аммиачный азот переходит в обменное состояние и сохраняется дольше (на 3-Й год).
Влияние повышенных норм органических удобрений прослеживается во все годы проведения исследований. Ко второму году последействия 50 т/га органических удобрений в июне количество аммиачного азота было на 1,4, а при внесении 200 т/га на 4,9 мг на 100 г почвы больше, чем в варианте без внесения удобрений. На 3-й год внесения органических удобрений разница между контролем и 100 т/га составила в среднем 2,1 мг на 100 г почвы, 200 т/га - 4,6 мг на 100 г почвы.
Рассматривая влияние минеральных удобрений на содержание аммиачного азота, нужно отметить, что в год внесения их действие было таким же, как влияние эквивалентных норм органических удобрений. Суммарное содержание минеральных форм азота в среднем за вегетационный период составило при внесении полного минерального удобрения 3,2 мг, а при эквивалентной норме органических удобрений - 2,6 мг на 100 г почвы. Последействие минеральных удобрений на содержание аммиачного азота было менее эффективным, чем органических, внесенных в эквивалентных нормах.
