Введение к работе
КЪЪЪЪ "
Актуальность проблемы: В сложившихся условиях ведения земледелия применение агрохимических средств в агроэкосистеме остается важнейшим фактором получения высоких и стабильных урожаев, предотвращения снижения плодородия черноземных почв и их деградации. Проведенные В.В. Докучаевым в 1875 г. исследования в конкретных пунктах являются ценным материалом для сравнения с современным состоянием почв Северного Кавказа. При интенсивной распашке черноземов положение В.В. Докучаева о соблюдении «норм, определяющих относительные площади пашни, лугов, леса и вод» не учитывалось. Постоянное желание получить больше прибыли от уникальных почв привело к комплексу негативных последствий, в первую очередь потере гумуса, определяющего, по словам В.Р. Вильямса (1948), «все свойства, всю физиономию почвы». Исследованиями К.С. Кириченко (1932) установлено, что за предшествующие годы предкавказскими черноземами утеряно более трети гумуса. Иніенсификация земледелия вызвала глубокие изменения свойств черноземов, особенно азотного и фосфатного состояния эгих почв.
Создание устойчивого потенциала земледелия Северо-Кавказского региона является основой продовольственной безопасности России Это может быть достигнуто в результате создания и освоения в производстве агротехнологий возделывания сельскохозяйственных культур в адаптивно-ландшафтном земледелии, соогвеїствующих оптимальному использованию природного потенциала и минеральных удобрений.
В России в последнее десятилетие среднегодовые объемы применения минеральных удобрений сократились в 10 и более раз против достигнутых в 1990 г. В 2002 году под сельскохозяйственные культуры в целом вносилось в 12 раз меньше NPK. и в 7 раз меньше органических удобрений в сравнении с 1990 годом. Ежегодный же вынос питательных веществ из почвы с урожаем превышает их поступление с минеральными и органическими удобрениями в 5 и более раз, составляя не более 20%. Возникает необходимость выявления максимально приближенной к конкретным природным условиям качественной и количественной характеристики показателей плодородия и проведения агрохимической оценки его состояния. Поэтому разработка теоретических и практических вопросов улучшения состояния плодородия почв с использованием современных методов исследований весьма актуальна.
Цель и задачи исследований. Целью исследований является научное обоснование и разработка оптимальных параметров азотного и фосфатного состояния предкавказских черноземов для повышения их продуктивности
В задачу исследований входило решение следующих вопросов:
разработать технологические приемы применения минеральных и органических удобрений, способствующие созданию положигельного баланса гумуса в почвах;
установить причины снижения плодородия черноземов на различных этапах
развития земледелия, исключающие нарушение энергетическою баланса вследст-
I Ч
СПетербург
виє интенсивного отчуждения элементов питания с урожаем и сдвига биохимических процессов гумусообразования в сторону уменьшения его минерализации;
изучить с помощью стабильного азота 15N количественные показатели его использования растениями из удобрений и почвы с различными фосфатными нагрузками;
изучить изотопный состав условно «биологически активной» фазы почвенного азота и его изменения под действием агрогенньгх факторов;
определить структуру фосфатного фонда, в том числе с использованием метода меченых атомов с 32Р, изучить количественные зависимости изменения фракционного состава фосфатов при систематическом применении различных доз минеральных удобрений;
установить основные закономерности превращения остаточных фосфатов и факторы, определяющие их проявление в системе «почва - почвенный раствор»;
- установить закономерности влияния показателей фосфатного состояния
почв, характеризующие факторы количества (емкости), интенсивности (подвижно
сти) и устойчивости на продуктивность сельскохозяйственных культур;
Научная новизна. Получены новые данные, характеризующие параметры сохранения и поддержания плодородия черноземов Северного Кавказа при возделывании основных сельскохозяйственных культур в типичных севооборотах, получения стабильной урожайности сельскохозяйственных культур при длительном применении азотных, фосфорных и калийных удобрений.
Впервые методом азотной индикации (l5N) изучены особенности поглощения различными видами растений аммонийного и нитратного азота в зависимости or различных факторов, в т. ч. в полевых условиях на черноземах различной степени обеспеченности почв усвояемыми фосфатами с помощью соединений, обогащенных стабильным азотом 15N, определены размеры использования культурами азота из удобрений и почвы, а также влияние на эти показатели различных доз внесения фосфорных удобрений.
Исследована направленность изменения фосфатного фонда почвы (32Р) в зависимости от её физико-химических свойств и генетических особенностей возделываемых сельскохозяйственных культур.
На карбонатном черноземе установлены показатели затрат фосфорных удобрений на увеличение содержания подвижного фосфора на 10 мг/кг почвы сверх выноса урожаем культур и в пару; определены количественные показатели обратной связи, обуславливающие вынос урожаем, чтобы снизить содержание подвижных фосфатов в почве на 10 мг/кг. Установлена зависимость значений этих показателей по методам Мачигина и Скофилда от ряда факторов. Сделан прогноз дальнейшего изменения содержания подвижного фосфора в почве и размеров последействия фосфорных удобрений.
К новизне относятся данные о химизме и трансформации фосфора (32Р) удобрений в черноземных почвах, характеризующихся различными уровнями содержания подвижных фосфатов. Установлена тесная корреляционная связь между методами Мачигина, Олсена и Карпинского-Замятиной.
Изучена многолетняя динамика и получены новые данные о накоплении подвижных фосфатов в почве и степени их подвижности в зависимости от количества
остаточных фосфатов удобрений при систематическом и периодическом их применении, а также в период их последействия после прекращения внесения.
Установлены математические закономерности, позволяющие прогнозировать показатели фосфатного уровня при применении различных доз удобрений и длительности их взаимодействия с почвой. Впервые получены оригинальные данные действия органического вещества на химические процессы, протекающие в почве, и темпы их изменения во времени.
Для условий Краснодарского края впервые дано теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение технологий применения удобрений, направленных на формирование различных уровней урожайности в связи с обеспеченностью почв питательными веществами и наличием удобрений.
Основные положения, выносимые на защиту:
сохранение и повышение органического вещества в черноземах Северного Кавказа, агрохимические приемы регулирования в нем фосфатного и азотного режимов в зависимости от почвенного плодородия;
закономерности влияния уровней применения удобрений и содержания гумуса в черноземах на показатели фосфатного состояния, характеризующие факторы количества, интенсивности и кинетики, и оптимальные их параметры для получения различных урожаев сельскохозяйственных культур;
изменения изотопного состава азота почвы, вызванные проявлением изотопного эффекта в ходе сопряженных процессов внутрипочвенного цикла трансформации;
влияние одновременного наличия в почве аммонийной и нитратной формы азота (NH4NO3) и времени перехода растений от преимущественного усвоения иона аммония к лучшему использованию нитратного азота на интенсивность поступления экзогенного азота на единицу сухого вещества и сопряженного с ним фосфатного питания;
продуктивность севооборотов и урожайность культур при различных системах удобрения и уровней обеспеченности почв подвижными формами фосфора;
баланс элементов питания и органического вещества в черноземах, энергетическая и экологическая оценка технологий сохранения чернозема различной степени окультуренности.
Практическая значимость и реализация результатов исследований. Установлены количественные зависимости урожайности сельскохозяйственных культур, качества продукции и баланса азота и фосфора в почве от уровня применения минеральных и органических удобрений.
Разработаны оптимальные параметры фосфатного состояния черноземных почв, затраты удобрений на повышение фосфатного уровня и достижения заданных показателей, являющиеся обоснованием агрохимических технологий экономичного использования фосфорных и азотных удобрений.
Рассчитан баланс элементов питания и органического вещества почвы, являющийся важным критерием для дальнейшей энергетической и экологической оценки технологий сохранения плодородия черноземов.
Полученные с помощью стабильных изотопов 15N и 32Р экспериментальные данные позволяют количественно оценить размеры усвоения азота из почвы и удоб-
рений, установить оптимальные дозы минерального азота и фосфора в зависимости от обеспеченности черноземов подвижными формами фосфора.
Изложенные в диссертационной работе результаты исследований, в соответствии с которыми разработаны методические указания и рекомендации, в настоящее время широко используются в сельскохозяйственном производстве Краснодарского края.
А нробация материалов диссертации. Результаты исследований докладывались на VIII Международном конгрессе по минеральным удобрениям (1976 г.); Региональных и Всесоюзных совещаниях участников Географической сети опытов с удобрениями (1975, 1976, 1982, 1984 гг.); пятой научно-практической конференции «Удобрения и химические мелиоранты в агроэкосистемах», Москва, 1997 (МГУ им. М.В. Ломоносова, 1998); на симпозиуме «Совершенствование методологий исследований фосфатного режима почв, оптимизация фосфорного питания и баланс фосфора в агроэкосистемах, 1999 г. (Немчиновка, 1998 г.); на конференции в рамках Российской агропромышленной недели в Москве (ВВЦ, 2002 г.); на ежегодных зональных совещаниях специалистов сельского хозяйства Кубани
С участием автора разработаны: Рекомендации «Системы удобрений в севооборотах, многолетних насаждениях, на лугах и пастбищах Краснодарского края (Краснодар, 1974 г.), которые ежегодно уточнялись на НТС Управления сельского хозяйства края (1980-2001 гг.); «Методические указания по развитию межхозяйственной кооперации колхозов и совхозов по агрохимическому обслуживанию (на примере хозяйств Успенского района Краснодарского края)» (Москва, 1976, 1992); «Основные направления комплексного развития сельского хозяйства Кавказского района Краснодарского края (1976-1980-1990 гг.), одобренные комиссией ВАСХНИЛ (Москва - Краснодар, 1976 г.); «Система ведения сельского хозяйства Краснодарского края на 1986-1990 гг.». «Концепция агрохимического обеспечения Краснодарского края на 1995-2002 гг.».
Публикации. По материалам диссертации в различных изданиях опубликовано 32работы, в том числе 1 книга общим объемом 12,8 п.л. (в соавторстве), 2 брошюры и 2 рекомендации производству.
Структура и объем дисертации. Диссертация изложена на 427 страницах машинописного текста, содержит 115 таблиц, 23 рисунка, 27 приложений, состоит из введения, 7 глав экспериментальной части, выводов и предложений.
