Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Роль микроэлементов в формировании урожайности сельско- хозяйственных культур 8
1.1. Физиологическая роль микроэлементов в растении 9
1.2. Влияние микроэлементов на урожайность сельскохозяйственных культур 16
Глава 2. Природные условия Ульяновской области. Объекты и методы исследования 23
2.1. Климат 24
2.2. Почвенный покров 28
2.3. Объекты и методы исследования 36
Глава 3. Содержание подвижных соединений микроэлементов в почвах Ульяновской области 43
3.1. Оценка содержания микроэлементов по данным агрохимических обследований 43
3.2. Динамика содержания микроэлементов на основе мониторинга реперных участков 55
Глава 4. Влияние комплексных микроэлементсодержащих удобрений на свойства чернозема выщелоченного 61
4.1. Биологическая активность .61
4.2. Агрохимические показатели 65
Глава 5. Влияние комплексных микроэлементсодержащих удобрений на урожайность и качество продукции сельскохозяйственных культур 72
5.1. Озимая пшеница 72
5.2. Яровая пшеница 80
5.3. Подсолнечник 85
Глава 6. Экономическая и биоэнергетическая оценка применения комплексных микроэлементсодержащих удобрений при возделывании сельскохозяйственных культур 93
6.1. Экономическая эффективность 93
6.1.1. Озимая пшеница 94
6.1.2. Яровая пшеница 96
6.1.3. Подсолнечник 98
6.2. Биоэнергетическая оценка 99
6.2.1. Озимая пшеница 101
6.2.2. Яровая пшеница 104
6.2.3. Подсолнечник 106
Выводы 110
Предложение производству 112
Список использованной литературы 113
Приложения 129
- Влияние микроэлементов на урожайность сельскохозяйственных культур
- Объекты и методы исследования
- Динамика содержания микроэлементов на основе мониторинга реперных участков
- Агрохимические показатели
Введение к работе
Актуальность проблемы. Оптимизация питательного режима почвы предполагает сбалансированное питание растений не только макро-, но и микроэлементами. Последние играют многогранную роль в физиолого-биохимических процессах, протекающих в живых организмах, низкая обеспеченность микроэлементами создает барьеры для поглощения растениями отдельных видов макроэлементов.
Основным источником микроэлементов для растительного организма служит почва, поэтому крайне важен мониторинг их содержания. Информация о распространении элементов в почвах необходима и для оценки их экологического состояния, так как такие элементы, как медь, цинк, бор, молибден при избыточных концентрациях становятся токсичными для живых организмов. Достоверная информация о распределении минеральных элементов в почвах является основой построения рациональных, экологически безопасных систем удобрений сельскохозяйственных культур в современном земледелии. Однако разработка эффективных систем удобрения невозможна без полевых исследований в конкретных почвенно-климатических условиях, так как подвижность (следовательно, доступность) элементов определяется множеством факторов (тип и подтип почвы, гранулометрический и минералогический состав, реакция почвенного раствора, содержание органического вещества и т.д.). При этом необходимо учесть, что в настоящее время сельскому хозяйству предлагается широкий спектр быстрорастворимых минеральных и органоминеральных удобрений, включающих полный комплекс основных макро- и микроэлементов, которые также требуют экспериментальной проверки в условиях, где предполагается их применять.
Исследование является составной частью плана научно-исследовательской работы ФГБОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия им. П.А. Столыпина» (рег. № 01.200.203529).
Цель и задачи исследования. Целью исследования являлись оценка содержания подвижных соединений микроэлементов (Zn, Mn, Cu) в пахотных почвах Ульяновской области и изучение эффективности комплексных микроэлементсодержащих удобрений при возделывании сельскохозяйственных культур на черноземах Среднего Поволжья.
В задачи исследования входило:
– оценить содержание подвижных соединений микроэлементов (меди, марганца, цинка) в почвах Ульяновской области на основе сплошного агрохимического обследования и мониторинга их на реперных участках;
– изучить влияние комплексных микроэлементсодержащих удобрений на свойства черноземов (агрохимические и биологические показатели);
– установить эффективность комплексных микроэлементсодержащих удобрений при возделывании сельскохозяйственных культур (озимая пшеница, яровая пшеница, подсолнечник);
– дать экономическую и биоэнергетическую оценку применения комплексных микроэлементсодержащих удобрений в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур.
Научная новизна. Впервые создана база данных содержания подвижных соединений меди, марганца, цинка в почвах Ульяновской области и показано, что 98,6 % площади пашни обеспечены подвижным цинком в низкой степени; марганцем 67,7 % и медью 98,6 % – в средней и высокой степени. На основе мелкоделяночного и производственных опытов установлена эффективность микроэлементсодержащих удобрений Микромак, Страда N, Микроэл и сульфата цинка при возделывании озимой и яровой пшеницы, подсолнечника. Экономически и энергетически обоснована целесообразность их применения в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур.
Защищаемые положения:
– результаты сплошного мониторинга содержания в пахотных почвах Ульяновской области подвижных соединений цинка, марганца и меди;
– оценка динамики содержания подвижных Zn, Mn и Cu за 1994 – 2012 гг. на основе мониторинга реперных участков;
– эффективность комплексных микроэлементсодержащих удобрений Микромак, Микроэл, Страда N и сульфата цинка при возделывании озимой и яровой пшеницы, подсолнечника;
– применение микроэлементсодержащих удобрений в полевых агроценозах экономически и энергетически эффективно.
Достоверность полученных результатов подтверждается большим объемом экспериментального материала, проведением полевых и производственных опытов в строгом соответствии с методическими требованиями, критериями математической обработки данных и положительными результатами при внедрении комплексных микроэлементсодержащих удобрений в хозяйствах Ульяновской области.
Практическая значимость. Полученная информационная база содержания подвижных соединений микроэлементов в почвах является основой для проектирования оптимальных систем удобрений сельскохозяйственных культур в Ульяновской области и позволяет рекомендовать сельскохозяйственным товаропроизводителям применение комплексных микроэлементсодержащих удобрений (Микромак, Страда N, ZnSO4). Результаты исследования используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им. П.А. Столыпина» при преподавании дисциплин: агрохимия, система удобрения сельскохозяйственных культур, агроэкологическая оценка земель и воспроизводство плодородия почвы.
Личный вклад соискателя. Под руководством и личном участии соискателя проведены мониторинговые исследования содержания микроэлементов в почвах Ульяновской области; им самостоятельно разработаны программы и поставлены полевые мелкоделяночные и производственные опыты по изучению эффективности микроэлементсодержащих удобрений в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур; проведены анализ и обобщение результатов и подготовлены статьи к публикации. В статьях и материалах конференций, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежит получение, систематизация и интерпретация экспериментальных данных. В работе использованы исходные данные содержания подвижных микроэлементов в почвах реперных участков, полученные «САС «Ульяновская» в 1994 г.
Реализация результатов исследования. Результаты исследования апробированы в ООО «Хлебороб» Ульяновского района и ФГУП «Новоникулинское» Россельхозакадемии. Рекомендованные микроэлементсодержащие удобрения применяются в хозяйствах.
Апробация работы и публикации. Результаты исследования по теме диссертации докладывались и обсуждались на 45, 46 и 47-й Международных научных конференциях молодых ученых, докторантов, аспирантов и соискателей ученых степеней доктора и кандидата наук в ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова Россельхозакадемии (Москва, 2011, 2012, 2013); Международных научных конференциях в ГНУ Ульяновский НИИСХ Россельхозакадемии (Ульяновск, 2010, 2011, 2012); Международных научно – практических конференциях в Ульяновской ГСХА им. П.А. Столыпина: «Актуальные вопросы агрономии, агрохимии и агроэкологии» (2012) и «Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути решения» (2013); на ряде совещаний со специалистами сельского хозяйства Ульяновской области (2010 – 2014 гг.). По результатам исследований опубликовано 13 работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК Российской Федерации.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 128 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 6 глав, выводов и предложений производству; включает 33 таблицы, 11 рисунков и 26 приложений, 166 источников использованной литературы.
Влияние микроэлементов на урожайность сельскохозяйственных культур
Огромное значение микроэлементов в жизненных процессах предполагает необходимость применения микроудобрений там, где содержание их доступных соединений в почве не обеспечивает потребности растений. Что касается послед-него, созданная в 1964 году агрохимическая служба страны располагает уникаль-ным материалом по содержанию основных элементов питания, в том числе мик-роэлементов, в пахотных почвах. Анализ результатов обследования по субъектам РФ показывает, что лишь незначительная часть их имеет среднюю или высокую обеспеченность почв цинком. В целом по России доля почв с низким содержани-ем подвижного цинка составляет 86,8 % от обследованной площади, меди 49,1 % и 40,2 % площади пашни характеризуется со средним содержанием марганца (Сычев В.Г. и др., 2009). Следовательно, больше половины площади пахотных почв нуждается в применении тех или иных микроудобрений. Причем, если раньше предлагалось применение простых удобрений (большей частью в виде простых минеральных солей и окислов микроэлементов), то в последнее десятиле-тие целый ряд агрохимиков считает, что необходимо создать микроэлементные со-ставы, учитывающие потребности растений минимум в 13 элементах (Ягодин Б.А., Ермолаев А.М., 1995; Милащенко Н.З., 1990, 2000; Аристархов А.Н., 2000; Яго-дин Б.А., 2002; Ельников И.И., 2002 и др.).
В настоящее время сельхозтоваропроизводителям предоставляется доста-точно большой ассортимент микроудобрений в виде водных растворов солей макро- и микроэлементов. Среди таких комплексов большой интерес представля-ют хелатные комплексы микроэлементов. Так, с начала нашего века в Поволжье широко испытаны хелатные формы микроэлементов ЖУСС, разработанные кол-лективом ученых кафедры агрохимии и почвоведения Казанского аграрного уни-верситета (электронное СМИ, 2014) под руководством профессора И.А. Гайсина (Гайсин И. и др., 2000; Гайсин И.А., Хисамеева Ф.А., 2007). В исследованиях ав-торов показано, что микроэлементы оказывают многосторонне воздействие на растительный организм, в том числе на иммунную систему. При этом доказано, что оптимизация питания растений микроэлементами снижает вредоносность бактерий почвенной группы: цинк – корнееда свеклы; медь, бор, молибден, мар-ганец – рака картофеля; медь и марганец - парши обыкновенной, черной ножки картофеля; гельминтоспориоза зерновых культур. При распространении бурой ржавчины зерновых эффективны бор, цинк, медь; мучнистой росы – бор, марга-нец, кобальт; бурой пятнистости томатов – бор, цинк, марганец и т.д. Авторы также отмечают: «…использование полифункциональных составов ЖУСС, со-держащих один – два важнейших микроэлемента на основе учета уровня содер-жания их подвижных форм в почвах и особенностей минерального питания сель-скохозяйственных культур, сопровождается существенным увеличением коэффи-циентов использования элементов питания из удобрений и почвы; заметно уменьшает пестицидную нагрузку в севообороте, что обеспечивает значительное повышение рентабельности применения агрохимикатов и окупаемости растение-водческой продукции» (Гайсин И.А., Хисамеева Ф.А., 2007).
В исследованиях М.А. Амирова и А.М. Амирова (2008) показано, что на черноземах выщелоченных Закамья Республики Татарстан при использовании полного минерального удобрения и предпосевной обработке семян препаратами ЖУСС в благоприятные по погодным условиям годы можно получить запланиро-ванные урожаи твердой пшеницы, соответствующие 1 – му классу качества.
М.Г. Муртазин, Ф.А. Хисамеева, Р.И. Сагитова (2006) в ходе изучения сти-мулирующего и защитного действия полифункциональных составов ЖУСС вы-явили, что даже при картковременном взаимодействии обрабатываемого раствора с семенами микроэлементы концентрируются в зародышевой части. Предпосев-ная обработка семян ЖУСС обогатила семена соответствующими микроэлемен-тами почти пропорционально дозе обработки. Микроэлементы играют важную роль в изменении общего количества белка и его фракционного состава (Билало-ва А.С., 1999).
Широко изучалась эффективность микроэлементов, в том числе препаратов ЖУСС, в агроландшафтах юга Нечерноземья в условиях Республики Мордовия (Игонин И.И., Кудашкин М.И.. Гераськин М.М., 2006; Кудашкин М.И., 2005, 2008, 2009, 2010; Кудашкин М.И., Сергеева Н.А., Ахметов Ш.И., Павлинов А.В., 2010; Прокина Л.Н., 2010 и др.). Широкомасштабные исследования по изучению содержания микроэлементов марганца и меди в почвах Республики Мордовия и эффективности микроудобрений, особенностей их применения, проведены докто-ром с.-х. наук М.И. Кудашкиным. Им установлено, что в интенсивных технологи-ях возделывания озимой пшеницы, ячменя и озимой ржи эффективно проведение предпосевной обработки семян сульфатами меди или марганца (1,0 кг/т) и опры-скивание посевов (250 г/га) совместно с ретардантами и половинной нормой про-травителя. Для обработки посевов сахарной свеклы целесообразно применять со-ли микроэлементов в дозе 250 г/га в фазе вилочки и до смыкания рядков; люцер-ны – борную кислоту (670 г/га) в фазу бутонизации и цветения. По фону азотных подкормок озимой пшеницы рекомендуется опрыскивание посевов 0,10 %-м рас-твором сульфата меди или марганца, или хелатными комплексом ЖУСС (Сu + Mn, 2,0 л/га) в начале молочной спелости зерна. Применение хелатных соедине-ний микроэлементов ЖУСС на фоне расчетных доз удобрений обеспечивает луч-шее по качеству зерно.
С.Н. Никитин (2002) считает, что в условиях Ульяновской области лучшие результаты достигаются при предпосевной обработке семян яровой пшеницы азо-товитом и бактофосфином в смеси с ЖУСС-2 как на удобренном, так и на не-удобренном фоне.
Значительный опыт изучения эффективности влияния микроэлементов на формирование урожайности сельскохозяйственных культур накоплен в Ульянов-ской государственной сельскохозяйственной академии имени П.А. Столыпина (Исайчев В.А., 1997, 1999; Костин В.И. и др., 1998, 1999, 2004; Асмус В.А., 2006).
Так, в опытах В.А. Асмус (2006) в среднем за 2003 – 2005 гг. применение Мо, Мn (в виде сернокислых солей) для предпосевной обработки семян на фоне N40P40K40 обеспечило повышение урожайности зерна яровой пшеницы на 0,81 т/га (на 46 %), ячменя на 0,91 т/га (51 %). При этом происходило более интенсив-ное накопление макро- и микроэлементов в зерне. По степени их накопления в урожае изучаемые микроэлементы составили ряд: Fe Zn Mn Cu Mo Co Si J. Использование микроэлементов в качестве предпосевной обработки семян позволило существенно (на 25 %) повысить энергетическую эффективность тех-нологий возделывания яровой пшеницы и ячменя. Наибольшей энергетической эффективностью отличался вариант с использованием NPK, марганца и молибде-на совместно с диатомитом (2,5 т/га). Биоэнергетический коэффициент при возде-лывании яровой пшеницы при этом составил 1,87, ячменя – 2,21 при наименьшей энергоемкости производства зерна – 8,87 и 7,46 МДж/т соответственно (на кон-троле 10,39 и 9,31 МДж/т).
Объекты и методы исследования
Объектами исследования являлись: почвы Ульяновской области различного гранулометрического состава; сельскохозяйственные культуры (озимая пшеница, яровая пшеница, подсолнечник); комплексные макро- и микроудобрения Микро-мак, Страда N, Микроэл, а также сульфат цинка.
Морфологические описания наиболее распространенных почв: чернозема выщелоченного, чернозема типичного и серой лесной почвы – приведены в при-ложениях 4, 5, 6.
Изучаемые препараты – Микромак, Микроэл и Страда N – жидкие ком-плексные удобрения, содержащие в своем составе в том числе микроэлементы, предназначенные как для предпосевной обработки семян, так и некорневой обра-ботки посевов сельскохозяйственных культур (таблица 2).
Mg 1,4 0,89 0, дят 13 элементов. Из них наибольшее количество микроэлементов содержит Микромак. Так, в его составе цинка содержится в 2,4 раза больше, чем в Микро-эле и 27 раз, чем в Страда N. Меди соответственно больше в 5,6 и 66,7 раз, мар-ганца – 1,1 и 7,8 раз. Страда N содержит сотые доли процентов микроэлементов, но азота – 27 %, фосфора – 2 %, калия – 3 %, серы – 1,26 %.
Полевой опыт по изучению эффективности комплексных микроэлементсо-держащих удобрений при возделывании озимой пшеницы проведен в 2011 – 2013 годы на базе ГНУ Ульяновский научно-исследовательский институт сельского хо-зяйства Россельхозакадемии.
Посевная площадь делянок 50 м2 (225), учетная 40 (1,6 25), размещение их рендомизированное. Предпосевную обработку семян Микромак проводили за 2 дня до посева (1 л/т Микромак А + 1 л/т Микромак В). Страдой N (3 л/га) обрабатывали посевы в фазу кущения – выхода в трубку. Препараты при-меняли в соответствии с рекомендациями фирмы – изготовителя («Волски Моно-формы»).
Навоз вносился один раз в чистом пару (апрель – май) и заделывался тяже-лой дисковой бороной на глубину 10–12 см. Сложное минеральное удобрение (нитрофоска) вносилось разбрасывателем «Амазоне» под предпосевную культи-вацию.
Почва опытного поля чернозем выщелоченный среднемощный среднесуг-линистый со следующими агрохимическими показателями: содержание гумуса 5,6 %, общего азота 0,26 %, валового фосфора 0,078 %, подвижных соединений фосфора и калия (по Чирикову) 215 и 103 мг/кг почвы соответственно, марганца 14,5 мг/кг, цинка 0,46 мг/кг, меди 4,6 мг/кг, рНkcl 6,6. Следовательно, обеспеченность почвы подвижными Р2О5 и К2О высокая, Mn – средняя, Zn – низкая, Cu – высокая. Производственный опыт (№ 1) по изучению эффективности комплексных жидких минеральных удобрений Микромак, Страда N, Микроэл проведен в 2011 году в ООО «Новоспасский элеватор» Новоспасского района на площади 12,4 га, учетная площадь делянки 120 м2, повторность 3-кратная, размещение их система-тическое.
Почва опытного поля – чернозем типичный среднесуглинистый, характери-зовалась следующими агрохимическими показателями: содержание гумуса 5,5 % (среднее), подвижного фосфора 165 мг/кг (высокое), обменного калия188 мг/кг (очень высокое), обменных: кальция 24,8 мг/кг (очень высокое), магния 3,6 мг/кг (высокое); микроэлементов: меди 4,6 мг/кг (высокое), марганца 14,5 мг/кг (сред-нее), цинка 0,49 мг/кг (низкое).
Учитывая среднюю обеспеченность почвы опытного поля фосфором (для технических культур) и невысокое содержание гумуса, было внесено фоновое удобрение диаммонийфосфат с содержанием 17,7 % азота и 46,0 % фосфора, доля которых по азоту составила 5,1 кг д.в./га, фосфору 13,8 кг д.в./га. Удобрение вне-сено под предпосевную культивацию.
Комплексными удобрениями обрабатывался посевной материал подсолнеч-ника (сорт Орешек) из расчета 2 литра на 1 тонну семян. Посев широкорядный с шириной междурядий 70 см. Норма высева составляла 3,5 кг/га, или 40 тыс. штук на один гектар. Обеспеченность почвы продуктивной влагой перед посевом в па-хотном слое (0 – 30 см) была достаточной (32 мм), метровом – 218 мм (оптималь-ная). В течение вегетации подсолнечника выпало 253 мм осадков, сумма средне-суточных температур выше 10 С составила 2103,4 С.
Почва опытного поля чернозем выщелоченный среднегумусный тяжелосугли-нистый с содержанием гумуса 6,2 %, подвижных соединений фосфора 113 мг/кг, ка-лия 125 мг/кг; общего азота 0,47 %, нитратного 8,4 мг/кг и аммиачного 6,2 мг/кг. Со-держание микроэлементов: цинка 0,56 мг/кг, меди 4,2 и марганца 7,9 мг/кг.
В 2013 году к существующей схеме были добавлены три варианта: N15Р15К15, обработка предпосевного материала сульфатом цинка (150 г д.в. по цинку на 1 т семян), некорневая подкормка посевов яровой пшеницы сульфатом цинка (30 г. д.в. /га) и, следовательно, она состояла из 7 вариантов.
Динамика содержания микроэлементов на основе мониторинга реперных участков
В Российской Федерации помимо крупномасштабного сплошного мони-торинга земель сельскохозяйственного назначения на основе постановлений Правительства от 15 июля 1992 года № 491 «О мониторинге земель» и от 5 февраля 1993 года № 100 «О государственной программе мониторинга земель Российской Федерации на 1993 – 1995 годы» проводится локальный монито-ринг почв и посевов.
Локальный мониторинг в Ульяновской области был развернут в 1994 го-ду Постановлением Главы администрации области от 17.08.1992 года «О мони-торинге земель Ульяновской области». Его проведение было возложено на Ульяновскую государственную станцию агрохимической службы (в настоящее время ФГБУ «САС «Ульяновская»). В соответствии с данным постановлением на территории области были заложены 18 реперных участков (рисунок 7). Реперные участки в основном заложены на пахотных землях практически всех административных районов и отражают преобладающие почвенный тип почвы (приложение 7). На реперных участках ведется то же сельскохозяйст-венное производство, что и на полях, где они расположены, с учетом требова-ний севооборотов. Они закреплены на местности, географические координаты зарегистрированы в паспорте реперного участка и приводится их полное опи-сание.
Контроль состояния почв, включающий локальный мониторинг земель на реперных участках, позволяет выявить изменение совокупности показателей почвы, оценить опасность и интенсивность антропогенной нагрузки, предупре-дить и устранить негативные процессы, происходящие в природной среде (Тигин В.П., 2006).
Анализ данных таблицы показывает, что за 18-летний период произошло значительное – по отдельным реперным участкам до 2-х и более раз – снижение содержания подвижного марганца в почвах области. Так, в черноземе выщело-ченном среднесуглинистом (реперный участок № 3, СПК «Родина» Барышского района) оно составило 11 мг/кг (с 18,6 в 1994 году и до 7,9 мг/кг в 2004 году); тем-но-серая лесная среднесуглинистая почва (СПК «Поникское» Николаевского рай-она) за этот период потеряла 16,2 мг/кг и перешла в группу почв с низкой обеспе-ченностью данным элементом. Аналогичная закономерность наблюдается по ре-перным участкам № 2 (темно-серая лесная среднесуглинистая), № 5 (чернозем вы-щелоченный среднесуглинистый), № 6 (чернозем типичный легкосуглинистый) № 7 (чернозем типичный среднесуглинистый) № 12 (чернозем типичный глинистый), Таблица 15 – Динамика содержания подвижных форм Zn, Mn, Cu в поч-вах реперных участков за 1994 и 2012 годы
Аллювиально дерново-карбонатная среднемощная легкосуглинистая 0,1 0,7 55,5 9,5 4,1 5, № 13 (чернозем выщелоченный тяжелосуглинистый), № 14 (чернозем выщелочен-ный среднесуглинистый), № 15 (чернозем типичный легкосуглинистый), № 17 (чернозем типичный супесчаный) № 18 (аллювиальная дерново-карбонатная легко-глинистая). Только в почвах 5-и реперных участков содержание подвижных соеди-нений марганца сохраняется на том же уровне.
Таким образом, за 1994 – 2012 годы появилась тревожная тенденция зна-чительного снижения содержания подвижного марганца в почвах области неза-висимо от их типа и подтипа и соответствующих показателей, от которых зави-сит подвижность данного элемента (содержание гумуса, рН, Еh и т.д.). Только в почвах 5-и реперных участков содержание подвижных соединений Mn в течение почти 20 лет сохраняется на исходном уровне (№№ 1, 4, 9, 10 и 11).
По остальным стационарным участкам снижение содержания доступных форм марганца, как уже отмечалось, составило до 2-х и более раз. Так, в пахот-ном слое темно-серой легкосуглинистой почвы реперного участка № 2 (Базар-носызганский район, СПК «Родина») содержание подвижного марганца уменьшилось на 9,8 мг/кг (с 21,2 до 11,4 мг/кг). Чернозем выщелоченный сред-несуглинистый (№ 3, СПК «Родина» Базарносызганского района) за этот пери-од потерял 10,7 мг/кг подвижного Mn и перешел в группу почв с низкой обес-печенностью данным элементом. Аналогичная закономерность, как уже отме-чалось, наблюдается в темно-серой лесной среднесуглинистой почве (№ 8, СПК «Поникское» Николаевского района), черноземе типичном глинистом (№ 12, СПК «Заря» Цильнинского района), черноземе выщелоченном тяжелосуглини-стом (№ 13, ООО «Майнское» Майнского района), черноземе типичном легко-глинистом (№ 15, СПК «Россия» Вешкаймского района; № 16, СПК «Красное поле» Карсунского района), черноземе типичном супесчаном (№ 17, ООО «Ве-сенний сюжет» Сурского района) и аллювиальной дерново-карбонатной легко-глинистой почве (№ 18, ОГУСП «Совхоз Карлинский» г.Ульяновск). Таким образом, почвы 4-х реперных участков со средней обеспеченностью подвиж-ным Mn перешли в группу почв с низкой обеспеченностью. Более того, в эту же группу перешли почвы 8-и реперных участков с высокой обеспеченностью данным элементом! Последнее свидетельствует о возникшей серьезной про-блеме обеспеченности почв области подвижными соединениями данного эле-мента: если в 1994 году почвы практически всех реперных участков характери-зовались средней и высокой обеспеченностью доступным марганцем, то через 18 лет 67 % их стали низкообеспеченными. Причин этому может быть несколько, но главная из них – нарушение баланса элементов питания между выносом уро-жаем сельскохозяйственных культур и возвращением их в почву. Пожнивно-корневые остатки не могут полностью компенсировать потребляемые для фор-мирования урожайности элементы, а микроудобрения в Ульяновской области не применялись и не применяются до настоящего времени.
Что касается двух других изучаемых элементов – цинка и меди, содержа-ние подвижных их соединений в пахотном слое почв Ульяновской области прак-тически не изменилось. Более того, появилась в целом слабая тенденция повы-шения содержания цинка и более заметная – меди. Последнее может быть обу-словлено несколькими причинами. В первом случае содержание подвижного цинка в почвах вообще находится не просто на низком, а на очень низком уровне (к низкой обеспеченности данным элементом относятся почвы с содержанием менее 2,0 мг/кг, а в наших почвах оно большей частью менее 0,5 мг/кг). По-видимому, такой уровень содержания доступного цинка обеспечивается коли-чеством его поступления с пожнивно-корневыми остатками возделываемых культур, обусловленного сложившейся системой земледелия и фоновым со-держанием в материнских породах. Иные поступления Zn в почву на террито-рии области практически отсутствуют (нет локальных источников загрязнения, осадки промышленных и сточных вод не применяются, использование фосфор-ных удобрений ограничено, известкование не проводится).
Обеспеченность доступной медью почв области высокая (за исключением 3-х реперных участков, где, тем не менее, содержание ее находится ближе в вы-сокой обеспеченности). Следовательно, вынос Cu сельскохозяйственными культурами не приводит к снижению степени обеспеченности почв данным элементом. Мониторинг содержания цинка, марганца и меди в почвах Ульяновской области, в том числе в динамике на стационарных участках, позволяет сделать два основополагающих вывода: – на всей площади пашни сельскохозяйственных угодий наблюдается острый дефицит подвижных соединений цинка с содержанием практически ме-нее 1,0 мг/кг почвы; – происходит резкое снижение содержания доступного марганца в поч-вах: 18-летние наблюдения за его содержанием на реперных участках показали, что в 13 из них (67 %) почвы перешли в группу с низкой обеспеченностью дан-ным элементом.
Агрохимические показатели
Рост и развитие растений определяется их взаимодействием с почвой и, в первую очередь, зависит от того, обладает ли почва биологическими, химиче-скими и физическими свойствами, необходимыми для того, чтобы корневая система полностью обеспечивала потребность растений в элементах питания и воде (Орлов Д.С., 1999).
Доступность находящихся в почве питательных элементов определяется очень многими факторами, в том числе такими процессами, как обмен, разло-жение, растворение и десорбция, то есть физико-химическими ее свойствами. Однако ведущую роль при этом играет деятельность микроорганизмов.
Деятельность микроорганизмов непосредственно определяет питатель-ный режим почвы. Как установлено, не менее 65 элементов периодической сис-темы подвергаются микробиологической трансформации (Умаров М.М., 1999). Прежде всего это касается основных элементов питания растений: углерода, водорода, кислорода, азота, серы, фосфора и калия. Поэтому усиление микро-биологической активности в почве – одна из задач, решение которой позволяет увеличить скорость биологического круговорота химических элементов и уве-личить их доступность сельскохозяйственным растениям. Почвенные микроор-ганизмы при этом выполняют три возможные функции: увеличение количества элементов питания в почвенном растворе за счет разрушения минеральной час-ти почвы; разложение растительных и животных остатков, синтез гумусовых веществ; связывание молекулярного азота биосферы и перевод его в доступные для растений минеральные формы (Сатаров Г.А., 1999). Из большего количества элементов, необходимых растению для осущест-вления биохимических реакций в корнях растений и в дальнейшем во всем рас-тении, выделяются главные. При этом Д.С. Орлов (1999) приводит тройное правило, выведенное еще в 1939 году (Marshner H., 1986): «Элемент признается главным только в том случае, если: 1) растение без него не может закончить жизненный цикл; 2) другой элемент не может заменить функцию исследуемых элементов; 3) элемент непосредственно включен в метаболизм растения». Ниже будет уделено внимание именно этим, главным и необходимым для питания растений элементам – азоту, фосфору и калию, а также микроэле-ментам. В таблице 17 представлено содержание в пахотном слое чернозема выщелоченного подвижных соединений азота, фосфора, калия и микроэлемен-тов в среднем за вегетацию 2011г.
При анализе данных таблицы, прежде всего, обращает на себя влияние очень высокое содержание подвижных соединений фосфора, превышающие 240 мг/кг почвы и низкое цинка (0,40 – 0,48 мг/кг).
Как отмечалось выше, подвижность микроэлементов определяется фоно-вым содержанием их в материнских породах, физико – химическими, биологи-ческими свойствами почв и поведением самого элемента в тех или иных усло-виях. Доступность цинка снижается при увеличении степени насыщенности кальцием и содержания фосфора в почвенном растворе: растворимые фосфаты с цинком могут образовать труднодоступные соединения (Ковальский В.В., Андрианова Т.А., 1970; Лукин С.В., 2011). В исследованиях А.А. Ермакова и В.Н. Дышко (2008) установлено, что с увеличением содержания подвижного фосфора в почве существенно снижается количество доступных соединений цинка. Аналогичные данные приводят B.Mondal и L.N. Mondal (1990). В иссле-дованиях Я.В. Пейве (1961, 1980) показано, что наименьшая растворимость Zn наблюдается в почвах с реакцией среды рНKCl 5,5 – 7,0. На кислых и щелочных почвах подвижность цинка повышается.
Органическое вещество также является фактором, в значительной сте-пени определяющим подвижность данных элементов. Установлена достоверная корреляция между содержанием подвижных соединений марганца с уровнем кислотности почвы и количества в ней органического вещества (Шахова Л.Н., Зубкова О.А., 2012).
Что касается меди, ее поведение в почвах отличается от марганца и цин-ка. Медь является элементом биогенной аккумуляции, более подвижна в близ-кой к нейтральной среде почвенного раствора. Следует отметить, что заметных изменений в содержании подвижных форм микроэлементов в почве в зависимости от применения в технологии возделывания озимой пшеницы как макроэлементов (N30P30K30) и навоза – (20 т/га), так и жид-ких комплексных микроэлементсодержащих удобрений не выявлено. Тем не менее, наблюдалась тенденция увеличения содержания цинка и марганца при применении Микромак. При этом на безудобренном фоне количество подвижных соединений цинка повышалось с 0,40 до 0,44 мг/кг, на фоне NPK с 0,42 до 0,45 кг/га, навоза – с 0,42 до 0,48 мг/кг (14 %), марганца соответственно на 7,5 и 10 %.
Внесение в почву азотно – фосфорно – калийного удобрения, а также навоза приводило к повышению содержания в пахотном слое всех основных элементов питания. При этом количество минеральных форм азота (нитратного и аммонийного) повышалось на 1,8 мг/кг (7 %) и 9,9 мг/кг (39 %), соответст-венно фосфора на 10 мг/кг (4 %) и 18 мг/кг почвы (7 %). Аналогично изменя-лось количество обменного калия в пахотном слое, которое увеличивалось на 5 мг/кг при внесении калия с нитрофоской и на 23 мг/кг – навоза. На фоне применения навоза (20 т/га) заметно влияние Микромак на со-держание минерального азота, на фоне NPK – доступного фосфора. В первом случае оно в пахотном слое повысилось по отношению к абсолютному контро-лю на 10,9 мг/кг (43 %), во втором – на 15 мг/кг (6 %). Содержание обменного калия в почве увеличивалось только при внесении навоза (на 23 мг/кг), в том числе при совместном применении с микроэлементсодержащими удобрениями. Последнее вполне объяснимо усилением при этом деятельности почвенных микроорганизмов.
Необходимо также отметить, что при внесении навоза резко повыша-лось содержание нитратного азота (с 16,5 мг/кг до 26,5 мг/кг почвы), что также обусловлено усилением при этом деятельности почвенных микроорганизмов. Аммиачная форма азота более стабильна и находилось по всем вариантам опы-та на уровне 7,1 – 13,2 мг/кг. Содержание аммонийного азота в почве опытного участка достаточно высокое. Последнее, по – видимому, обусловлено ее высо-кой емкостью поглощения, так как часть ионов NH4 входит в состав почвенно – поглощающего комплекса (ППК) по типу обменного или не обменного погло-щения глинистыми минералами типа монтмориллонита. Таким образом, азот в аммонийной форме (в отличие от нитратов) удерживается в пахотном слое от вымывания в более глубоколежащие слои. В таблице 18 приведено содержание в пахотном слое почвы (чернозем выщелоченный) производственного опыта №2 азота, фосфора, калия и микро-элементов (2013 г, среднее за период вегетации).
Почва опытного поля характеризуется среднекислой реакцией почвенно-го раствора и средней обеспеченностью основными элементами питания. Со-держание последних при внесении фонового удобрения (N15P15K15) относи-тельно повышалось, однако при применении микроэлементсодержащих удоб-рений количество доступных фосфора и калия несколько уменьшалось, что, по – видимому, обусловлено усиленным потреблением культурой элементов во время вегетации в условиях недостаточной обеспеченности ими.
Что касается содержания подвижных форм микроэлементов, оно харак-терно в целом для почв области: низкое содержание цинка, марганца и высокое – меди. Однако при применении микроэлементсодержащих удобрений количе-ство доступных соединений цинка и марганца в пахотном слое чернозема вы-щелоченного заметно повышалось, особенно при использовании сернокислого цинка. Так, если на контроле содержание подвижного цинка составляло 0,43 мг/кг, то при предпосевной обработке семян сернокислым цинком – 0,50 мг/кг, то есть превышение составило 16 %. Увеличилось также и содержа-ние подвижного марганца от 7,1 мг/кг до 8,4 мг/кг (17 %). Содержание подвиж-ных форм меди осталось на том же уровне.
