Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Современное состояние изученности проблемы сохранения и повышения плодородия почв на основе адаптивного подхода 7
ГЛАВА 2 Природные условия почвообразования в предуральскои степной зоне и методика исследований
2.1 Климат 22
2.2 Рельеф 24
2.3 Растительность 26
2.4 Почвообразующие породы 27
2.5 Объекты и методы исследований 27
ГЛАВА 3 Анализ взаимосвязей урожайности зерновых культур, сахарной свеклы и подсолнечника с климатическими условиями предуральскои степной зоны 3О
ГЛАВА 4 Анализ земель, баланс гумуса и элементов питания, динамика внесения органических и минеральных удобрений и определение их потребности на перспективу 48
4.1 Анализ состояния почвенных ресурсов 48
4.2 Эрозия почв 60
4.3 Гумусовый и азотный режим почв 62
4.4 Фосфатное состояние почв 66
4.5 Вынос питательных веществ с урожаем и расчет потребности в минеральных и органических удобрениях 68
ГЛАВА 5 Адаптация систем земледелия к почвенно-экологическим условиям предуральскои степной зоны 76
ГЛАВА 6 Сидеральные пары, как один из важных эле ментов адаптивного земледелия 88
6.1 Влияние сидерального пара на агрофизические свойства чернозема выщелоченного 89
6.2 Влияние сидерального пара на содержание гумуса, общего азота и валового фосфора в черноземе выщелоченном 93
6.3 Влияние сидерального пара на содержание минеральных форм азота, подвижного фосфора, кислотность и сумму поглощенных оснований в черноземе выщелоченном 94
6.4 Влияние сидерального пара на урожайность озимой ржи, сахарной свеклы, яровой пщеницы и его экономическая эффективность 96
6.5 Изменение урожайности и сахаристости корнеплодов сахарной свеклы в зависимости от сроков уборки и уровня плодородия выщелоченных черноземов 97
6.6 Влияние возрастающих доз азотных удобрений на фоне фосфорно-калийных на содержание гумуса и питательных веществ, урожайность и качество сахарной свеклы 101
ГЛАВА 7 Экономические аспекты воспроизводства плодородия почв 105
Выводы 107
Литература
- Растительность
- Гумусовый и азотный режим почв
- Влияние сидерального пара на содержание гумуса, общего азота и валового фосфора в черноземе выщелоченном
- Изменение урожайности и сахаристости корнеплодов сахарной свеклы в зависимости от сроков уборки и уровня плодородия выщелоченных черноземов
Растительность
С историей климата и современными климатическими условиями связано формирование и распространение на территории щирокого набора растительных группировок. В Предуральской части республики Е.В.Кучеровым (1990) выделены следующие растительные зоны: широколиственно-лесная с подзоной сосновых и березовых лесов, широколиственно-лесная с подзоной широколиственных лесов, лесостепная и степная.
Облесенность территории пестрая - от 1 до 57%. Леса представлены отдельными колками, приуроченными к предгорьям, наиболее повышенным участкам водоразделов и северной части Белебеевской возвышенности. Они состоят в основном из широколиственных пород с преобладанием липы. При движении на юг господствующей породой становится дуб, а местами береза. Пониженные равнины Прибелья облесены на 5-10%. Практически безлесными являются территории бассейна реки Уязы, к востоку от Стерлибашевско-Федоровской возвышенности, к югу и к северу от осевой полосы Общего Сырта. В указанных местах количество лесов ниже 1%. Степные пространства в значительной степени распаханы или используются под выгоны и сенокосы. 2.4 Почвообразующие породы
Западная платформенная часть Предуралья представлена в основном отложениями пермской системы палеозоя. В основании этих напластований лежат осадки нижнепермского моря в виде известняков артин-ского и гипсов кунгурского ярусов. Уфимский ярус представлен отложениями континентального периода: песчаниками, красноцветными глинами, мергелями, конгломератами. Наступившее в верхнепермский период Казанское море возобновило образование морских отложений в виде песчаников, глинистых сланцев, мергелей, доломитов казанского яруса.
На Белебеевской возвышенности. Общем Сырте почвообразующи-ми породами послужили элювий и элювиально-делювиальные отложения песчаников, мергелей, известняков, доломитов, пермских глин.
В Левобережном Нрибелье и Чермасано-Ашкадарском коридоре преобладают делювиальные четвертичные и элювиально-делювиальные отложения. Они могут быть карбонатные и бескарбонатные.
По карто-схеме почвообразующих пород (Хазиев, Мукатанов и др., 1995) в долинах рек, надпойменных террасах почвы формировались на аллювиальных и аллювиально-делювиальных отложениях. Это - древне-аллювиальные и четвертичные глины, суглинки, пески, галечники. Объекты и методы исследований Объектами исследования явились черноземы выщелоченные Преду-ральской степной зоны Республики Башкортостан.
Экспериментальная работа выполнялась маршрутно-полевым, стационарно-полевым и лабораторно-аналитическими методами. Лабораторно-аналитические исследования проводились в соответствии с общепринятыми в почвоведении методами. Агрохимические показатели и физико-химические свойства почв определялись согласно руководств (Аринушкина, 1970; Агрохимические ..., 1975). В условиях подсобного хозяйства Мелеузовского сахарного завода РБ в 1996-2001 годы проводились полевые опыты по изучению влияния сидерального пара на урожай сахарной свеклы и плодородие почвы. Такая постановка вопроса связана с тем, что высокая стоимость минеральных удобрений и низкая эффективность вывоза на поля органических удобрений, ограничили их применение и привели к усилению деградации почв.
Основной целью этих исследований было установление возможности, наряду с чистыми парами, возделывания сахарной свеклы и по сидеральным парам при сохранении плодородия почвы, поскольку установлено, что в чистых парах идет усиленная минерализация гумуса.
Исследования проводились на черноземах выщелоченных среднесуг-линистых с содержанием гумуса - 8,8 %, общего азота - 0,47%, валового фосфора - 0,25%, Ca+++Mg +- 56 мг.экв на 100 г почвы, рHKCi - 5,3, подвижного Р2О5 -7,6 мг/100 г почвы. . Испытывались три четырехпольных зернос-векловичных севооборота с чистым, сидеральным и занятым паром со следующим чередованием культур: пар (чистый, сидеральный, занятый), озимая рожь, сахарная свекла, яровая пшеница. Опыты были заложены в трехкратной повторности в пространстве и во времени. Площадь делянок составила 300 м2. Контрольный вариант - севооборот с чистым паром. В качестве сидерата использовался донник, в занятом рару - вико-овес Агротехника возделывания сахарной свеклы была общепринятой для хозяйства.
Опыты по испытанию оптимальных доз удобрений проводились на базе специализирующегося на выращивании сахарной свеклы СПК «Прибель-ский» Мелеузовского района в 1999-2001 годах. Закладка осуществлялась в 4-польном свекловичном севообороте с чередованием культур: чистый пар -озимая рожь - сахарная свекла - яровая пшеница, повторность - 4-кратная, площадь делянок - 300 м . С неудобренным контролем сравнивалось внесение малых (60 кг/га д.в.), средних (120 кг/га д.в.) и высоких (180 кг/га д.в.) доз азота на фоне применения фосфорно-калийных удобрений из расчета по 120 кг\д.в
Гумусовый и азотный режим почв
Эрозия почв Огромное влияние на состояние плодородия почвы оказывает эрозия. О вреде, наносимом процессами эрозии учеными написано большое количество трудов и они обобщены в монографии "Почвы Башкортостана" (Хазиев, Му-катанов, Хабиров и др., 1995). О размерах влияния эрозии на плодородие почв можно судить по следующим данным: площадь только сильно эродированных пахотных почв, гумусовый горизонт которых смыт уже на 50% и более, составляет 317,6 тыс.га. Кроме этого, есть еще 613,6 тыс га почв пашни эродированных в средней степени со смытым гумусовым горизонтом на 30-50%. Всего эрозионно-опасной пашни - 3616,3 тыс.га. В целом по России водной эрозией поражено более 30 млн га, примерно 10% пашни в значительной степени дефлировано. В Предуральской степной зоне также значительная часть пашни эродировано. Из 1677 тыс.га пашни 993 тыс.га эрозион-но-опасные, эродированных земель всего 1033 тыс.га, в том числе слабоэро-дированных - 784 тыс.га, среднеэродированных - 192 тыс. га и сильноэродированных - 57,6 тыс.га (табл.4.8). В связи с развитием эрозионных потерь и усилением внутрипочвеннои минерализации вследствие интенсификации агротехногенных факторов, содержание гумуса в почвах прогрессивно снижается. В результате этого заметно ухудшается экологическая обстановка в агроландшафтах, функционирование агроэкосистемы приобретает неустойчивый характер, снижается противоэрозионная устойчивость почв, они становятся менее буферными к внешним воздействиям. Таким образом, антропогенная эрозия типичный природно-хозяйственный процесс, ведущий к деградации земель, переформированию пойм малых рек и загрязнению стока (Столбовой, 1998; Углов 1998;Фрид 1998 1999;ХИТроВ 1988;Чертов Чукин 1994;Яковлев Шептухов и др. 1994). В случае предельного развития овражной сети площадь земель полностью или частично непригодных для сельскохозяйственного производства может достигнуть 20-50 Ь от всей площади водосборов. Водная эрозия может быть поверхностной и внутрипочвеннои, причиной которой является течение воды по макропорам. Эрозионные онные процессы приводят к потерям продуктивной влаги на склоновых почвах, смыву твердой фазы и выносу биогенных элементов ( из-за чего снижается или полностью утрачивается плодородие), интенсивному росту оврагов и сокращению пригодных для земледелия площадей, заплыванию русел рек и озер, а также к их эвтрофикации. Эрозионный ущерб наиболее часто наблюдается под посевами почворазрушающих культур - кукурузы, подсолнечника, сахарной свеклы, а также в результате расширения размеров полей, образования следов техники на поверхности почвы и плужной подошвы, препятствующих просачиванию воды. Он также зависит от состава почвенных агрегатов, их твердости, плотности, наличия почвенной корки.
После столетнего выращивания культур на участке с пылеватым суглинком, расположенном на склоне 0,5-3, верхний слой почвы под монокультурой кукурузы уменьшился на 56%, тогда как в вариантах с тимофеевкой в шестипольном севообороте - только на 30%, что связано с ограничением эрозионных процессов (Милащенко, Соколов и др., 2000). Антропогенная и природная эрозия - это уже конечный этап зримой деградации почвы, которому предшествует ряд промежуточных, но не менее разрушительных процессов, один из которых - агрофизическая деградация их микро- и макроструктуры, проявляющаяся в повышении «подвижности» почвенной массы при изменении влажности. Предпосылкой уменьшения прочности структуры является разбалансированность круговорота органического вещества, неблагоприятные методы агротехники увеличение доли зерновых культур в севообороте взамен многолетних трав и бобовых.
Эрозия в первую очередь отражается на мощности гумусового горизонта, запасах гумуса и питательных веществ. Нами установлено, что на не-эродированных черноземах выщелоченных запасы гумуса составляют до 500 т/га. Па таких же почвах, подверженных слабой эрозии запасы гумуса меньше на 170 т/га, а при средней степени эрозии - на 284 т/га и при сильной эрозии - на 389.
Потеря 1см плодородного слоя почвы равнозначна потере с каждого гектара около 75 кг общего азота, 240 кг валового фосфора и 80 кг калия. В эродированных почвах в среднем за 20 летний период мощность гумусового слоя уменьшилась на 5-Ю см. Особенно большие потери плодородного слоя почвы и запасов гумуса наблюдаются в районах Предуральской степной зоны. Так, за 23 года, между почвенными обследованиями 1967 и 1990 годов, в среднем по Зиянчуринскому, Миякинскому, Стерлибашевскому, Алыиеев-скому и Мелеузовскому районам смыто до 18 см пахотного слоя, содержание гумуса в почве уменьшилось с 8 до 6,5 %, запасы гумуса уменьшились на 100-112 т/га.
Влияние сидерального пара на содержание гумуса, общего азота и валового фосфора в черноземе выщелоченном
По В.И.Кирюшину (1996) агрономическое значение структуры имеет несколько аспектов. 1.В структурных почвах складывается наиболее благоприятный водно-воздушный режим благодаря рациональному сочетанию капиллярной и некапиллярной пористости. Они отличаются большей водопроницаемостью и влагоемкостью. Наличие некапиллярных пор способствует уменьшению испарения влаги с поверхности. 2. Достаточная аэрация при наличии доступной влаги создает лучшие условия для активизации микробиологических процессов, предотвращения денитрификации, мобилизации питательных веществ. 3. Благодаря сокращению поверхностного стока на структурных почвах уменьшается смыв и размыв, а структурные агрегаты размером более 1мм устойчиво противостоят дефляции. 4. Агрономически ценная структура облегчает прорастание семян и распространение корней рвстений. 5. На структурных почвах уменьшаются энергетические затраты на механическую обработку, создаются возможности ее минимализации вплоть до отказа от основной обработки.
Основная роль в структурообразовании принадлежит биологическим факторам, т.е. растительности и организмам, населяющим почву. Первоначальное представление о формировании водопрочной структуры, развитое В.Р.Вильямсом, сводилось к тому, что образующийся в ходе разложения растительных остатков «деятельный» перегной пропитывает почвенные комочки и склеивает их, затем происходят процессы денатурации, которые превращают «деятельный» перегной в цемент. При этом В.Р.Вильяме придавал решающее значение ульминовой кислоте и ее кальциевым солям.
Позднее было доказано, что в процессах образования водопрочных агрегатов ведущую роль играют гуминовые вещества. Природа их связи с минеральной частью почвы до конца не изучена, хотя показано, что она осуществляется через ионогенные группы гидроксидов железа, алюминия, обменных щелочно-земельных катионов, сорбцию на внутренних поверхностях глинистых минералов монтмориллонитовой группы.
В дальнейшем были получены многочисленные данные о динамичности водопрочности почвенных агрегатов, когда в течение одного вегетационного периода наблюдалась смена увеличения водопрпочности с ее спадом.
Отсюда вытекал вывод, что наряду с прочно клеяшими материалами в почве имеются вещества, более лабильные в отношении клеящей способности. Такой способностью, как оказалось, обладают полисахариды растительного и микробного происходения (Звягинцев, 1977; Помазкина, 1996; Бутс, 1976; Зе-зюков, 1989: Иванникова, 1983), причем вторые значительно в большей степени, чем первые. Агрегирование почв под влиянием микроорганизмов имеет различные аспекты: сцепляющая сила мицелия актиномицетов и грибов, склеивание частиц слизистыми веществами, вырабатываемыми бактериями и выделяющимися при их автолизе.
Почвенные агрегаты, сформировавшиеся под влиянием различных факторов, не могут обладать одинаковой стабильностью. Комочек почвы, склеенный гуминовыми веществами, устойчивыми к микроорганизмам, значительно медленнее разрушается, чем агрегат, сформированный под влиянием белков, бактериалных слизей или сцепляющей силы мицелия. Структурность почв коррелирует прежде всего с содержанием гумуса.
Эти фундаментальные положения также подтверждаются и в наших исследованиях. В вариантах с сидеральным паром содержание водопрочных агрегатов по сравнению с вариантом с чистым паром оказалось выше на 8% (табл.6.1).
Запахивание зеленой массы донника благоприятное влияние оказало и на влагоемкость черноземов выщелоченных, хотя разница между вариантами небольшая, но вполне существенная.
Плотность почв в значительной мере определяет ее водопроницаемость (Гарифуллин и др., 1977). В наших опытах на фоне повышенной плотности (чистый пар) водопроницаемость оказалось ниже, а на сидеральном пару с пониженной плотностью - выше (табл.6.1).
Влияние сидеральных удобрений на содержание гумуса, азота и фосфора довольно хорошо изучено для черноземов обыкновенных Зауральской степной зоны и черноземов выщелоченных Южной лесостепной зоны (Органическое ..., 1992; Хазиев и др., 1997; Кираев и др., 2000). На черноземах выщелоченных Предуральской степной зоны, в пределах Мелузовского района такие исследования, особенно в свекловичном севообороте, практически не проводились. Имеются данные по воспроизводсту плодородия черноземов типичных, проведенных в условиях АКХ Пугачевский (Салишев и др., 1993), но в этих опытах в качестве органических удобрений испытывались навоз и солома.
Изменение урожайности и сахаристости корнеплодов сахарной свеклы в зависимости от сроков уборки и уровня плодородия выщелоченных черноземов
Одними из самых значимых показателей в производстве сахарной свеклы являются ее урожайность и сахаристость которые в свою очередь в большей степени зависят от почвенных условий ее возделывания, а так же от технологической степени зрелости, иначе говоря от оптимальных сроков уборки.
Исследования показали, что основные агрохимические показатели плодородия почвы под посевами сахарной свеклы в зависимости от участков были неодинаковыми. Наилучшими показателями плодородия почвы обладали участки 4 и 3 на которых сахарная свекла возделывалась по наилучшим предшественникам. Здесь наблюдалось более высокое содержание гумуса при реакции среды близкой к нейтральной. Однако показатели содержания подвижных питательных веществ на данных участках были низкими, что связано с более высоким их выносом с урожаем сахарной свеклы.
Для установления зависимости урожая и сахаристости корнеплодов сахарной свеклы от агрохимических показателей плодородия почвы нами был проведен корреляционный анализ. На основе данного анализа установлено, что наиболее высокая прямая корреляционная зависимость наблюдалась между содержанием гумуса и урожайностью ( г = 0,94), а так же между гумусом и содержанием сахарозы (г = 0,84). Одновременно корреляционная зависимость между реакцией почвенной среды и урожайностью и сахаристо стью так же была положительной, но степень тесноты связи была низкой ( табл.6.5).
Результаты наблюдений за изменением накопления сахара в корнеплодах от сроков их уборки приведены на рисунке 11.
Отбор проб и проведение анализа проводился ежедневно в лаборатории свеклоприемного пункта Мелеузовского сахарного завода из партий сахарной свеклы выращенных на выщелоченном черноземе.
Исследования показали, что интенсивность накопления сахарозы была неодинаковой по мере технологического созревания корнеплодов. Так, если в начальный период уборки содержание сахарозы в корнеплодах имело тенденцию к повышению с 16,4 до 16,7 %, то во второй, третьей декаде сентября отмечалось некоторое ее снижение снова до 16,4%. В последующие декады, практически до середины третей декады октября месяца, наблюдалось заметное повышение сахаристости до 17,7%. Таким образом наиболее благоприятными сроками уборки корнеплодов сахарной свеклы в условиях Преду-ральской степи являются первая, вторая декада октября.
Влияние возрастающих доз азотных удобрений на фоне фосфорно-калийных на содержание гумуса и питательных веществ, урожайность и качество сахарной свеклы.
Важнейшим агротехническим свойством повыщения урожая сахарной свеклы и его качества является научно-обоснованная система применения минеральных удобрений, разработанная применительно к местным поч-венно-климатическим условиям.
Наши исследования были посвящены определению оптимальных норм внесения минеральных удобрений под сахарную свеклу на выщелоченных черноземах Предурапьской степной зоны РБ.
Опыты проводились на базе специализирующегося на выращивании сахарной свеклы СПК «Прибельский» Мелвузовского района в 1999-2001 годах. Закладка осуществлялась в 4-польном свекловичном севообороте с чередованием культур: чистый пар - озимая рожь - сахарная свекла - яровая пшеница, повторность - 4-кратная, площадь делянок - 300 м2. С неудобренным контролем сравнивалось внесение малых (60 кг/га д.в.), средних (120 кг/га д.в.) и высоких (180 кг/га д.в.) доз азота на фоне применения фосфорно-калийных удобрений из расчета по 120 кг\д.в
