Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Объекты и методы исследования 8
Глава 2. Факторы почвообразования и почвы района исследования. 14
2.1. Климат. 14
2.1 1. Особенности климатических условий Уймонской котловины Республики Алтай 14
2.1.2. Метеорологические условия лет исследования 17
2.2. Рельеф, растительность, гидрология и почвообразующие породы Уймонской котловины Республики Алтай. 23
2.3. Почвы района исследования 31
Глава 3. Динамика подвижных форм питательных веществ в черноземах Уймонской котловины Республики Алтай 43
3.1. Динамика подвижных форм азота 44
3.2. Динамика подвижного фосфора 57
3.3. Динамика обменного калия 62
Глава 4. Факторы мобилизации подвижных форм питательных веществ в черноземах Уймонской котловины Республики Алтай 68
4.1. Влияние почвенных факторов на мобилизацию подвижных форм азота 68
4.2. Влияние почвенных факторов на мобилизацию подвижного фосфора 80
4.3. Влияние почвенных факторов на мобилизацию обменного калия 86
Глава 5. Влияние подвижных форм питательных веществ на урожайность зерна и оптимизация минерального питания яровой пшеницы 92
5.1. Влияние подвижных форм питательных веществ на урожайность зерна яровой пшеницы 92
5.2. Принцип оптимизации минерального питания 104
5.2.1. Коэффициенты оптимизации как отражение соотношений содержания в почве подвижных питательных веществ 104
5.2.2. Расчет доз минеральных удобрений с учетом коэффициента оптимизации 109
5.3. Эффективность оптимизированных доз минеральных удобрений 111
Выводы, предложения производству 118
Библиографический список 122
- Особенности климатических условий Уймонской котловины Республики Алтай
- Рельеф, растительность, гидрология и почвообразующие породы Уймонской котловины Республики Алтай.
- Влияние почвенных факторов на мобилизацию подвижного фосфора
- Коэффициенты оптимизации как отражение соотношений содержания в почве подвижных питательных веществ
Введение к работе
Урожайность сельскохозяйственных культур во многом зависит от плодородия: почв, которое складывается из различных их свойств и обеспеченности подвижными питательными веществами. Изменение содержания подвижных элементов питания в почве могут вызвать значительные колебания урожайности сельскохозяйственных культур в пределах одной почвенной разности при одинаковых гидрометеорологических условиях.
Обеспечение растений необходимыми для них питательными веществами в оптимальных соотношениях, одно из главных условий получения урожая. Основными макроэлементами минерального питания являются азот, фосфор и калий, от содержания, которых в большей степени зависит урожайность сельскохозяйственных культур.
Внесение минеральных удобрений - одно из наиболее эффективных и быстродействующих средств повышения плодородия почвы и урожайности. Однако эффективность минеральных удобрений в значительной степени зависит от правильного их применения, которое обеспечивает оптимальное соотношение подвижных питательных веществ в почве, так как избыток и недостаток отрицательно влияет на количество и качество урожая, и приводит к снижению потенциального плодородия почвы.
Цель исследования: Изучить факторы мобилизации подвижных форм питательных веществ в черноземах Уймонской котловины республики Алтай, адаптировать метод оптимизации минерального питания яровой пшеницы к условиям района исследования и оценить его эффективность. Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:
Изучить динамику подвижных форм питательных веществ под яровой пшеницей на черноземах Уймонской котловины Республики Алтай и для сравнения в условиях Приобского плато Алтайского края;
Установить факторы мобилизации подвижных форм питательных веществ под яровой пшеницей в черноземных почвах;
Определить влияние содержания подвижных форм питательных веществ на урожайность зерна яровой пшеницы;
Рассчитать коэффициенты оптимизации минерального питания яровой пшеницы в зависимости от содержания и соотношения подвижных форм элементов питания в почвах;
Определить дозы внесения минеральных удобрений с учетом коэффициентов оптимизации под яровую пшеницу в Уймонской котловине Республики Алтай и для сравнения на черноземах обыкновенных умеренно-засушливой степи Алтайского края. Установить их агрономическую и экономическую эффективность.
Выявить влияние на урожайность оптимизированной дозы минеральных удобрений с применением гербицидов.
Научная новизна. Впервые для пахотных черноземов Уймонской котловины с использованием информационно-логического анализа определены ведущие факторы мобилизации подвижных форм питательных веществ, установлена связь между содержанием в почве подвижных питательных веществ в период посева и урожайностью зерна яровой пшеницы. Получены наиболее вероятные значения урожайности по каждому значению содержания элементов питания в почве. На основе законов минимума, оптимума и максимума рассчитаны для условий Уймонской котловины коэффициенты оптимизации и дозы минеральных удобрений под яровую пшеницу. Показано, что в условиях высокой засоренности почв наиболее эффективны сочетания действия оптимизированных доз минеральных удобрений с гербицидами.
Защищаемые положения. L Все подвижные питательные вещества почв существенно изменяются во времени. Более динамичен азот нитратов, затем подвижный фосфор, азот обменного аммония и обменный калий, что нельзя не учитывать при применении удобрений.
2. Более высокая зависимость урожайности зерна яровой пшеницы от содержания в почве подвижных элементов питания весной в период посева позволяет осуществлять расчет оптимизированных доз минеральных удобрений и их внесение.
Практическая значимость работы. Выводы по работе могут быть использованы в хозяйствах при определении оптимизированных доз минеральных удобрений под яровую пшеницу на обыкновенных черноземах Уймонской котловины, при выборе сроков агрохимического обследования почв, а также выборе наиболее эффективных сочетаний приемов (удобрений, гербицидов) повышения, продуктивности возделывания яровой пшеницы. Результаты исследований используются в лекциях по дисциплине «Агрохимия».
Апробация диссертации. Материалы диссертации были доложены на городской межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Молодежь-Барнаулу» (2001 г); на третьей городской научно-практической конференции молодых ученых (2001 г); на международной научной конференции г. Абакан (2001, 2002г); на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава АГАУ (2002, 2003
По материалам диссертации опубликовано 7 научных статей.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, рекомендаций к производству и списка литературы. Содержание изложено на 139 страницах машинописного текста, включая 30 таблиц, 20 рисунков. Список литературы состоит из 200 наименований, из них 10 на иностранном языке.
7 Автор выражает глубокую признательность заведующей кафедрой почвоведения и агрохимии Алтайского государственного аграрного университета, доктору сельскохозяйственных наук, профессору Л.М. Бурлаковой за чуткое руководство, кандидату сельскохозяйственных наук, доценту А.Е. Кудрявцеву за советы и консультации, коллективу кафедры почвоведения и агрохимии Алтайского государственного аграрного университета за поддержку в процессе выполнения работ.
Особенности климатических условий Уймонской котловины Республики Алтай
Климат изучаемой территории в соответствии с районированием Ю.С. Ключникова (1963) относится к Центральному Алтаю и характеризуется резкой континентальностью, что объясняется географическим положением республики, размещенной почти в центре Азиатского материка и большой удаленностью от обширных водных бассейнов. Сильная расчлененность рельефа, наличие обширных межгорных котловин создают большое разнообразие в климате. Если в предгорьях, по долинам рек зима продолжается 3-5 месяцев, то в высокогорной зоне 8-10 месяцев. Лето в предгорьях и долинах рек теплое, по мере поднятия летний период сокращается. На территории Усть-Коксинского района выделяются три термические зоны, подчиняющиеся вертикальной зональности: 1. Наиболее прохладная агроклиматическая зона, занимающая Уймонскую долину. 2. Холодная агроклиматическая зона располагающаяся на высотах более 1200- 1500 метров. 3. Наиболее холодная агроклиматическая зона занимает высокогорный пояс области с отметками более 1800 — 2000 метров.
В целом для климата района характерны: длинная суровая зима, непродолжительное умеренно-короткое лето, короткий вегетационный период, поздние весенние и ранние осенние заморозки, резкие колебания температуры в течение года суток, невысокая сумма атмосферных осадков (для речных долин) с резко выраженным летним максимумом, маломощный снеговой покров, значительная глубина промерзания почв. По среднемноголетним данным Усть-Коксинской метеостанции, расположенной на высоте 978 м среднегодовая температура воздуха равна -1,9 С, среднемесячная температура за май - сентябрь 11,9 С. Максимум температуры более 30С, а абсолютный минимум -50С. Безморозный период составляет 90-100 дней. Продолжительность вегетационного периода 122 - 124 дня. Переход средней суточной температуры воздуха через 0С отмечается в первой декаде апреля. Это сопровождается освобождением значительной части полей от снега и началом оттаивания почвы. Осенний переход среднесуточной температуры через 0 С совпадает с окончанием вегетации растений и наблюдается в конце первой начале второй декады октября. Продолжительность этого периода в среднем составляет 195-203 дня. Дата перехода среднесуточной температуры воздуха через 5 С весной происходит в первой:- половине мая, в начале июня — через 10. Осенью переход температуры за 5С приходится на третью декаду сентября. Однако в мае - июне и даже июле нередко бывают характерные для котловины и речных долин возвраты холодов с падением температуры до 0 и ниже. На возделывание сельскохозяйственных культур и их размещение по склонам оказывает влияние суточный ход температуры по рельефу.
При: организации севооборотов необходимо учитывать это обстоятельство и размещать на склонах более теплолюбивые культуры, а в долине менее теплолюбивые. Количество осадков очень резко колеблется по годам. Их среднегодовая сумма составляет 480 мм, из них до 80 % выпадает с апреля по сентябрь. При этом особенно резко выражен летний максимум осадков (июнь — август). Коэффициент увлажнения (рассчитанный по Иванову) для Уймонской котловины близок к единице, характеризует данную территорию как умеренно-засушливую степь, с направленностью степного типа почвообразования, с преимущественным распространением южных и обыкновенных черноземов (Ковалев, Волковинцер, Хмелев и др., 1973). Особенности расположения по рельефу местности и склоны разной экспозиции оказывают влияние на климатическую контрастность южных и северных; склонов. Основное количество выпадающих в летний период осадков приносимых воздушными массами с северо-запада Теректинского хребта приходится на северные склоны. Южные склоны постоянно испытывают недостаток влаги вследствие раннего их весеннего прогревания, высоких летних дневных температур. В результате этого на южных склонах создаются условия для развития степной растительности, на северных — лесной и луговой растительности. Климат высокогорных районов мало изучен. В наиболее холодной агроклиматической (высокогорной) зоне безморозный период отсутствует. Среднегодовая температура воздуха здесь - минус 5-6 С. В связи с интенсивной инсоляцией и радиационным охлаждением поверхности ночью, летом отмечаются резкие колебания температуры в течение суток (от + 40 днем до — 2С ночью). Самый теплый месяц в высокогорье, как и в котловине, - июль, но на вершинах хребтов в это время температура воздуха на 7 — 9 ниже, чем в котловине. Характерной особенностью зимнего периода является орографические инверсии температур, вследствие чего степень континентальности климата на хребтах ниже, чем в котловине (Хмелев, 1968). В высокогорной зоне количество выпавших осадков за год примерно 500 мм (Куминова, 1960; Сляднев, 1964; Тронов, 1962). При этом в районе Катунского хребта осадков выпадает значительно больше, чем в районе Терехтинского хребта и больше, чем в равнинной части котловины. Основная масса осадков выпадает в теплый период и составляет около 80% годовой суммы. Снежный покров - один из важных климатических факторов, влияющих на сельскохозяйственное производство. Средняя дата появления устойчивого снежного покрова — 7 ноября, самая ранняя - 14 октября и самая поздняя — 24 ноября. Средняя дата схода устойчивого снежного покрова - 8 апреля, самая раняя - 22 марта и самая поздняя - 27 апреля. Число дней в году со снежным покровом для наиболее прохладной (равнинной) зоны - до 230 дней. Высота снежного покрова достигает 20 — 31 см. Из-за малой мощности снежного покрова почвы глубоко промерзают до 180 - 220см. Основное направление ветра - западное и юго-западное. Распространены горно-долинные ветры и фены.
Рельеф, растительность, гидрология и почвообразующие породы Уймонской котловины Республики Алтай.
Территория республики Алтай располагается в юго-восточной части Западной Сибири и занимает Центральную часть Азиатского материка между 49-53 с. ш. и 84-90 в. д. и занимает площадь 9290,3 тыс. га. По характеру устройства поверхности республика Алтай - типично горная страна, охватывающая большую часть Российского Алтая. На северо-западе и севере граница Республики не имеет резко выраженных рубежей и в основном очерчивается средиегорьями и низкогорьями Алтая, постепенно снижающимися и переходящими к равнинам Западно-Сибирской низменности. На востоке граница проходит по вершинам хребтов Абаканского, Шапшальского, Чихачева, на юге и юго-западе по вершинам хребтов Сайлюгем, Листвяга и Холзун (Ковалев, Хмелев, Волковинцер, 1973; Атлас Алтайского края, 1978). В природном отношении Республика рассматривается как часть Алтае-Саянской горной провинции. Котловинно-горный рельеф определяет в ее пределах сложное сочетание биоклиматических условий, а вместе с тем своеобразие и неоднородность почвенного покрова. На территории республики выделяется ряд геоморфологических районов с различными типами рельефа, каждые из которых имеют свои особенности и подчиняются определенным закономерностям. Е. Н. Щукина (L 960) выделила ряд типов рельефа, связанных с определенными высотными поясами: 1. Типичный альпийский; 2. Экзарационно-нивальный и ледниковый аккумулятивный; 3. Среднегорный эрозионно-денудационный литоморфный; 4. Низкогорный эрозионно-аккумулятивный и литоморфный эрозионно-денудационный; 5. Тектонико-аккумулятивный. Типичный альпийский рельеф характерен для высокогорного пояса и представляет основную наибольшую часть системы хребтов Алтая. Экзарационно-нивальный и ледниковый аккумулятивный рельеф с наложением эрозионного рельефа и ледниковой аккумуляцией междуречий представляет территорию наиболее низкого уровня пояса высокогорий (абсолютная высота 1700-2500 м). Среднегорный эрозионно-денудационный литоморфный рельеф распространен на значительной площади с абсолютной высотой 800-1800 метров.
Низкогорный эрозионно-аккумулятивный и литоморфный эрозионно-денудационный рельеф характерен для северной части республики, располагающейся в поясе низкогорий и горно-холмистых предгорий. Абсолютная высота в пределах этих районов колеблется на междуречьях от 400 до 800 метров. Тектонико-аккумулятивный рельеф в геоморфологической структуре Алтая занимает особое положение и характерен для районов внутригорных эрозионно-тектонических и аккумулятивных впадин. Центральный Алтай, куда входят: Онгудайский, Усть-Канский, Усть-Коксинский и частично Улаганский административные районы, охватывает всю центральную часть Республики с запада на восток, где проходит серия внутренних долин. Каждая из них является обособленным геоморфологическим районом, включающим в основном следующие элементы рельефа: обширные подгорные шлейфы, конуса выноса многочисленных боковых мелких рек, большие речные долины, состоящие из пойменной и нескольких надпойменных террас, территории с моренными всхолмлениями (Ковалев, Хмелев, Волковинцер, 1973).
В западной части Центрального Алтая на абсолютной высоте 850 1200 м располагается Уймонская степь с основными чертами рельефа, свойственными большинству межгорных депрессий. Уймонская депрессия имеет плоское днище, которое вытянуто, как и хребты в субширотном направлении. Отдельные участки Уймонской депрессии разделены горно-холмистыми отрогами, окружающих хребтов. Эти разделения представляют собой самостоятельные геоморфологические территории, которые получили названия: Уймонская, Катандинская, Тюнгурская, Абайская и др. долины (Хмелев, 1968). Территория СПК «Коксинский», ЗАО «Терек» и СПК «Русь» расположена на левом берегу р. Катунь, в Уймонской депрессии, образовавшаяся в результате сводового поднятия древнего палеозойского основания. В структурном отношении это грабен, лежащий между Теректинским хребтом (горстом) на севере и Катунским хребтом (Холзунско — Чуйским антиклинарием) на юге. Для Теректинского хребта характерна ступенчатость склонов. Уступы особенно развиты наряду с террасами на крутом южном склоне, обращенном в сторону Уймонской депрессии. Катунский хребет характеризуется расчлененным рельефом, скалистыми вершинами, некоторые из них покрыты снегами. Хозяйство ЗАО «Терек» расположено на южном склоне Теректинского хребта на высоте от 950 до 1200 м. над уровнем моря. Пахотные угодья СПК «Коксинский» располагаются в Уймонской долине на абсолютных высотах от 850 до 1200 м и характеризуются основными чертами рельефа, свойственными большинству межгорных котловин. Башталинское отделение хозяйства СПК «Коксинский» расположено на восточном склоне, Кастахтинское и Курундинское отделения на южных склонах Теректинского хребта. Октябрьское отделение занимает центральную часть долины, которая характеризуется довольно большой изреженностью рельефа, обусловленной речной сетью малых рек и ручьев (Теректушка, Башталинка, Кастахта, Курунда). Малые реки обусловливали формирование валунно-песчано-галечникового материала, который сформировался в виде узких, длинных возвышений: Землепользование СПК «Русь» расположено в северо-восточной части Уймонской долины. Пахотные угодья хозяйства расположены на южном склоне Теректинского хребта. Территория хозяйства характеризуется довольно большой изреженностью рельефа, обусловленной речной сетью малых рек и ручьев (р .Чендек, р. Маргала). Отмеченные особенности рельефа республики Алтай определяют характерные черты ее климата, растительного покрова, почвообразующих пород и в целом всего комплекса экологических факторов, влияющих на формирование почвенного покрова и основные закономерности распределения почв.
Влияние почвенных факторов на мобилизацию подвижного фосфора
Как уже отмечалось выше (см. глава 3), по количеству форм и происходящих в почвах превращений фосфор представляет собой своеобразный элемент питания.
Почвенные фосфаты слаборастворимы и труднодоступны для растений. Это определяет эффективность фосфорных удобрений практически на всех почвах под все культуры. Однако фосфорные удобрения в почве претерпевают различные превращения, которые снижают их доступность (Бурлакова, 1984).
Усвояемость фосфора растениями зависит от многих почвенных условий. По мнению Л.Ф. Ситц, Ч.О. Стенберри (1965) все почвенные свойства, влияющие на усвоение фосфора растениями, подразделяются на две категории: физические и химические. Из физических свойств большое значение имеют такие, как аэрация, плотность почв, влажность, механический состав, температура. Аэрация почв способствует минерализации органических веществ и развитию корневой системы растений, которая получает возможность поглощать фосфор даже из труднодоступных соединений.
Имеются сведения, что доступность фосфора зависит от влажности почвы. С повышением влажности до определенного уровня доступность фосфора возрастает. Повышение температуры почв ускоряет минерализацию органического вещества и увеличивает доступность фосфора во многих почвах (Ситц, Стенберри, 1965). На доступность фосфора и его усвояемость большое влияние оказывают химические свойства почв: кислотность, содержание азота и калия, состав поглощенных катионов.
Используя информационно-логический метод математического анализа, О.И. Антонова, Л.М. Бурлакова, В.В. Нестеров, М.Ф. Островлянчик (1986) установили, что содержание легкодоступных фосфатов кальция и магния в почвах Алтайского края, равное 5 мг и более на 100г почвы, накапливается при содержании физической глины 40-45%, ила — 25-30%, гумуса более 4%, рН — 6, 6-7, содержание нитратов меньше 1 мг/100г почвы и концентрации карбонатов кальция менее 5%. Снижение гумуса, увеличение илистых частиц, концентрации карбонатов кальция, подщелачивание почвенного раствора способствует увеличению в почве двух замещенных фосфатов до 20 мг/ЮОг. По данным Л.М. Бурлаковой (1984), подвижные фосфаты находятся в зависимости от содержания в почве гумуса, влажности, валового фосфора, величины рНв и гидротермических условий вегетационного периода.
Подвижные фосфаты в почве определяли методом Чирикова. Информационный анализ экспериментальных данных показывает высокий коэффициент эффективности каналов связи между содержанием подвижных фосфатов и некоторыми свойствами почвы. Показатели степени связи, общая информативность и коэффициент передачи информации приведены в табл. 4.2.1.
Наибольшая зависимость фосфатов проявляется от температуры почвы в слое 0-10 см, также высокая зависимость проявляется от валового фосфора, рНв и содержание гумуса в почве. Несколько слабее фосфор связан с влажностью и с содержанием азота нитратов и обменного аммония за вегетационный период. На рис. 4.2.1 показана связь подвижных фосфатов с содержанием гумуса и другими свойствами почв. Характер этой связи криволинейный. Небольшому содержанию гумуса в черноземах Уймонской котловины соответствует сравнительно невысокие значения подвижных фосфатов, их максимум достигается при 6 - 7% гумуса. Дальнейшее повышение содержание гумуса до 9% в силу действия других факторов приводит к снижению количества подвижных фосфатов, однако при содержании гумуса выше 9% наблюдается некоторое увеличение фосфатов в пахотном слое черноземных почв. Информационный анализ позволил определить специфичные (наиболее вероятные) уровни содержания подвижных фосфатов в зависимости от содержания влажности в почве (рис. 4.2.1).
Коэффициенты оптимизации как отражение соотношений содержания в почве подвижных питательных веществ
Одним из главных условий в получении высоких урожаев, как уже отмечалось выше, является обеспечение растений необходимыми для него элементами питания. Содержание основных элементов питания (азота, фосфора и калия) в почве непостоянно и зависит от многих факторов. С давних времен человек пытался регулировать доступность элементов питания для растений. Одним из приемов, позволяющих обеспечивать растения элементами питания, является внесение минеральных удобрений. Наиболее эффективное использование растениями элементов питания будет происходить при внесении минеральных удобрений с учетом оптимальных, гармоничных соотношений макро- и микроэлементов. Это означает, что необходимо обеспечить растения определенным количеством элементов питания, не только в оптимальных количествах, но и соотношениях, а именно столько и тех элементов питания, которые ему необходимы для нормального роста и развития. Так как избыток и недостаток подвижных форм элементов минерального питания (см. главу 5), по-разному влияет на урожайность зерна яровой пшеницы.
Использованный нами в работе метод оптимизации минерального питания, разработанный Л. М. Бурлаковой (1990), так же. как и другие основан на содержании элементов питания в почве.
Главной особенностью этого метода является выражение содержания элементов питания в почве в урожайности возделываемых культур и установления специфичных уровней урожайности по каждому значению содержания в почве элементов питания. В рассматриваемом методе оптимизации минерального питания растений использованы основные законы земледелия: минимума, оптимума и максимума, которые позволили установить соотношения элементов минерального питания и ввести в формулу расчета доз удобрений коэффициент оптимизации для каждого элемента с учетом его содержания в почве.
Полученные наиболее вероятные значения урожайности зерна яровой пшеницы по каждому значению подвижных питательных веществ позволили рассчитать коэффициенты оптимизации для каждого элемента питания в зависимости от соотношения других элементов питания. Содержание подвижных элементов питания в почве и отражение их взаимоотношения в коэффициентах оптимизации, позволит более полно" охарактеризовать обеспеченность почв элементами минерального питания. Для последующего внесения удобрений в определенном количестве и соотношении по содержанию подвижных форм элементов питания в почве.
Коэффициент оптимизации характеризует связь между содержанием элемента в почве и урожайностью культуры. Чем выше этот коэффициент, тем больше доза внесения удобрений. В том случае, когда коэффициент оптимизации равен нулю для всех элементов питания, это значит, что в почвах имеет место гармоничное соотношение элементов питания. Коэффициенты оптимизации в табл. 5.2.1 рассчитаны по специфичным состояниям урожайности зерна яровой пшеницы в зависимости от содержания подвижных элементов питания в почве в период посева. Так как этот срок (см. глава 5.1) оказывал наибольшее влияние на урожайность.
В 2002 году на посевах яровой пшеницы в Уймонской котловине Республики Алтай был заложен опыт с применением оптимизированной дозы минеральных удобрений рассчитанной с учетом коэффициента оптимизации.
Для расчета доз минеральных.. удобрений по методу оптимизации весной (вторая декада мая) были отобраны и проанализированы почвенные образцы на содержание в них азота нитратов, подвижных фосфора и калия. Используя специфичные состояния урожайности зерна яровой пшеницы по каждому значению фактора (табл. 5.1.5), содержание элементов питания в почве выражаем через ранги урожайности. Наиболее вероятные ранги урожайности зерна яровой пшеницы, соответствующие в период посева содержанию азота нитратов, подвижного фосфора и обменного калия приведены в таблице 5.2.2Л.
