Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Условия и методы исследований 9
1.1. Метеорологические условия 9
1.2. Почвенные условия 16
1.3. Методы проведения исследований 20
1.4. Агротехника и режим орошения 25
Глава 2. Влияние удобрений на водопотребление и коэффициент водопот-ребления культур севооборота 29
Глава 3. Пищевой режим светло-каштановой почвы 49
3.1. Фосфатный режим почвы 49
3.2. Азотный режим почвы в зависимости от доз азотных удобрений и возделываемых культур 95
3.3. Динамика содержания подвижного калия в почве и изменения форм калия под влиянием систематического внесения калийных удобрений 127
Глава 4. Влияние удобрений на урожайность культур и продуктивность её севооборотов 142
Глава 5. Почвенная и растительная диагностика обеспеченности сельско хозяйственных культур элементами питания 203
Глава 6. Зависимость состояния качества продукции культур севооборота от удобрений и обеспеченности почвы и растений элементами питания 238
6.1. Влияние различных систем удобрения на качество урожая 238
6.2. Зависимость состояния качества зерновых колосовых культур и кукурузы от обеспеченности почвы и растений азотом 269
Глава 7. Вынос элементов питания урожаями и баланс их в почве при различных системах удобрения 292
7.1. Вынос питательных веществ и затраты их на создание единицы урожая в зависимости от систем удобрения и условий возделывания сельскохозяйственных культур 292
7.2. Баланс элементов питания в почве в зависимости от систем удобрения 305
Выводы 335
Предложения производству 341
Список использованной литературы 343
Приложение, том 2 395
- Агротехника и режим орошения
- Влияние удобрений на водопотребление и коэффициент водопот-ребления культур севооборота
- Азотный режим почвы в зависимости от доз азотных удобрений и возделываемых культур
- Влияние удобрений на урожайность культур и продуктивность её севооборотов
Введение к работе
Территория сухо-степного Заволжья относится к зоне рискованного земледелия, подвержена засухе и суховеям. В последние годы здесь наблюдается существенное нарастание аридности климата.
Продуктивность пашни в этом регионе в богарных условиях в дореформенный период не превышала 13-14 ц/га к.е., а в годы наибольшего проявления засух производство зерна и кормов снижалось в 4-6 раз в сравнении с благоприятными. Повышение культуры богарного земледелия в регионе не снижает амплитуды колебания урожаев по. годам, что дестабилизирует сельскохозяйственное производство, ставит его в зависимость от погодных условий.
Орошение способствует значительному росту и стабилизации урожаев возделываемых культур. На начало 90-х годов (1993 г.) XX столетия площадь орошаемых земель в Поволжье составляла 1,3 млн.га (0,46 млн.га в Саратовской, 0,35 — в Волгоградской, 0,24 - в Астраханской, 0,19 - в Самарской и около 0,06 — в Калмыкии) или менее 5% общей площади пашни. С них собиралось более 15% валовой продукции растениеводства, полученной в этом регионе: в том числе - более 95% овощей и 25% кормов. В Саратовской области орошаемые земли, занимая 7% пашни, обеспечивали гарантированный сбор 52% грубых и сочных кормов, 94% овощей, 60% картофеля, 53% зерна кукурузы (Шувалов, Фомин, 1994; Нагорный, 1999).
За годы реформ площадь орошаемых земель в Российской Федерации уменьшилась в 1,5 раза и на начало 1999 года составляла 4,6 млн.га. Однако из этой площади в 1998 году поливалось только 2,6 млн.га. В Саратовской области из 460 тыс.га орошаемых земель поливается 257 тыс.га. Но и на этой площади в связи с неудовлетворительным состоянием гидромелиоративных систем и дождевальной техники оптимальный режим увлажнения не выдерживается. Поливные земли используются в основном для возделывания малозатратных зерновых культур, а площади под пропашными культурами сокращаются.
4 Вследствие резкого уменьшения потребления материально-технических
ресурсов в сельском хозяйстве, обусловленного глубоким экономическим кризисом отрасли, значительно снизились объемы внесения удобрений, применения химических средств защиты растений. Если в целом по стране в период 1987-1990 годов применение удобрений составляло 120 кг/га, а в Саратовской области 45 кг/га д.в., то в 2000 году - только 12 и 1,5 кг/га соответственно (Гос-тищев, Птушко, 1999; Кружилин, 2000). При этом для формирования урожая растения используют в основном остаточные фосфаты и калий, накопленные за годы интенсивной химизации, а недостаток азота компенсируется лишь частично за счет расширения клина бобовых сидератов и многолетних бобовых трав.
Возврат к экстенсивному земледелию резко снизил производство валовой продукции сельского хозяйства, что поставило страну и регион Поволжья, в частности, на грань потери продовольственной самостоятельности. В этих условиях становится очевидным, что альтернативы химизации в России нет, и необходимо принять все меры для её скорейшего восстановления и совершенствования. О понимании первостепенного значения химизации земледелия в современных условиях политической и управленческой элитой на федеральном и региональном уровнях свидетельствует разработка «Концепции аграрной политики России в 1997-2000 годах» (под ред.Е.С.Строева, М,. 1997) и ряда региональных программ и постановлений, в том числе и в Поволжье. В них отмечается необходимость развития химизации земледелия, восстановления и совершенствования оросительных систем и на их основе поднятия кормовой базы животноводства, восстановления поголовья скота до уровня 1990 года. Большое внимание уделяется упорядочению структуры посевных площадей, введению в производство новых высокопродуктивных сортов и гибридов сельскохозяйственных культур. В этой связи значительно возрастает роль исследований по разработке и совершенствованию систем применения удобрений и средств защиты растений как основы получения высоких и устойчивых урожаев культур
5 хорошего качества. Внедрение в практику земледелия научно обоснованных
экономичных систем удобрения и орошения, обладающих к тому же динамизмом, благоприятной экологичностью и высокой окупаемостью сдерживается в настоящее время дороговизной удобрений и энергоносителей. Однако использование их на практике является насущной необходимостью, поскольку позволяет наиболее экономно расходовать дефицитные ресурсы.
Увеличение и стабилизация производства продукции растениеводства на орошаемых землях наиболее полно могут быть достигнуты на основе широкого внедрения и грамотного использования низконапорных оросительных систем, снижения поливных норм при дифференциации и повышении кратности поливов, использования методов диагностического контроля за содержанием элементов питания в почве и растениях.
Актуальность диагностических исследований в настоящее время еще более возрастает в связи с недостатком технического азота и повышением роли биологического азота бобовых культур, как одного из источников азотного питания растений. При этом особое внимание следует уделять оптимизации их питания, выявлению условий оптимального проявления активности бобово-ризобиального симбиоза, способствующих вовлечению в круговорот возможно большего количества азота атмосферы и обогащения им почвы.
Цель исследований.
Совершенствование системы применения удобрений в типичном зерно-кормовом севообороте при орошении для получения максимальной продуктивности на основе создания оптимальной обеспеченности каждой культуры элементами питания.
Предусматривалось решение следующих задач:
- изучить азотный, фосфатный и калийный режимы орошаемой светло-каштановой почвы Заволжья при различных системах удобрения и установить количественные связи содержания нитратного азота и подвижного фосфора в почве с дозами азотных и фосфорных удобрений;
изучить зависимости величины и качества урожая культур от доз и сочетаний минеральных удобрений; установить дозы удобрений, обеспечивающие получение урожайности максимального уровня и высокого качества в конкретных условиях возделывания;
выявить зависимости величины, урожайности и показателей качества продукции культур от содержания нитратного азота и подвижного фосфора в почве, от количества общего азота в растениях в критические фазы развита» их и установить оптимальные диапазоны содержания этих элементов в почве и в растениях для получения различных уровней урожайности выращиваемых культур и качества получаемой продукции;
определить размеры симбиотической фиксации атмосферного азота люцерной в зависимости от изучаемых систем удобрения, установить величины > накопления в почве органического вещества и симбиотического азота при её выращивании, и оценить вклад симбиотического азота люцерны в урожайность последующих культур;
установить размеры выноса элементов питания урожаями культур и дать балансовую оценку изучаемым системам удобрения; выявить влияние симбиотического азота люцерны на состояние баланса азота в почве и содержание в ней гумуса;
определить величины окупаемости удобрений дополнительным урожаем;
выявить размеры суммарного водопотребления и коэффициента водопо-требления возделываемых культур при различных системах удобрения.
Научная новизна. Впервые установлены направленность изменений и количественные связи показателей основных агрохимических свойств орошаемой светло-каштановой тяжелосуглинистой почвы Саратовского Заволжья с видами, дозами и приемами внесения удобрений, и связи урожайности и качества продукции возделываемых культур с содержанием подвижных форм элементов питания в почве и количеством общего азота в растениях в течение вегетации.
7 При этом определены оптимальные величины содержания нитратного азота и
подвижного фосфора в почве, а также общего азота в растениях в основные фазы развития применительно к разным уровням урожайности и качества получаемой продукции. Установлены нормативы затрат удобрений на повышение содержания нитратного азота и подвижного фосфора в почве на единицу. Эти показатели позволят создавать динамичные системы удобрения в севооборотах и повысят их экономичность.
Изучен состав фосфатного фонда пахотного слоя почвы, и впервые отмечено более высокое в сравнении с почвами этого типа других регионов, содержание 2-й и 3-й фракций «активных» минеральных фосфатов (Са, А1-Р, Fe-P). Выявлено значительное (на 45% от исходного) снижение количества этих форм фосфатов в почве за 12-й летний период выращивания сельскохозяйственных культур без внесения фосфорных удобрений, свидетельствующее о пополнении за счет них содержания подвижного фосфора в почве и объясняющее длительное (12 лет) сохранение содержания его на уровне, близком к исходному, и низкую эффективность фосфорных удобрений. Установлена разная подвижность ежегодно вносимого и остаточного фосфора удобрений.
Для орошаемой люцерны, выращиваемой под покровом ячменя, впервые в изучаемой зоне методом сравнения со злаковой культурой кострецом безостым установлены коэффициенты азотфиксации, составляющие на естественном азотном фоне 0,85 во второй и 0,86 в третий год жизни. Выявлено отрицательное влияние последействия азотных удобрений, вносимых перед посевом, на их величину. Показано, что при орошении люцерна в изучаемых условиях в процессе азотфиксации к концу 3-го года жизни в зависимости от уровня удобрен-ности почвы накапливает в 0-50 см слое от 130 до 280 кг/га азота. Положительное влияние этого азота на урожайность культур заметно проявляется в течение последующих двух лет и положительно отражается на среднегодовой продуктивности севооборота и балансе азота в почве.
8 Практическая значимость. Установленные в опыте оптимальные величины содержания нитратного азота и подвижного фосфора в почве, общего азота в растениях в различные фазы развития их, а также нормативы затрат удобрений на увеличение содержания нитратного азота и подвижного фосфора в почве на единицу позволяют создавать оптимальную обеспеченность растений элементами питания в течение вегетации и осуществлять оперативный контроль за её состоянием.
Внесение удобрений с учетом исходной обеспеченности почвы элементами питания, потребности растений и состояния баланса их в почве повышает эффективность удобрений, способствует увеличению окупаемости их дополнительным урожаем, обеспечивает расширенное воспроизводство почвенного плодородия.
Установленные размеры расхода влаги на единицу площади посева и единицу урожая при различных уровнях удобренности позволяют наиболее рационально распределять оросительную воду, наиболее экономно и с наибольшей оплатой использовать её.
Агротехника и режим орошения
При возделывании сельскохозяйственных культур в опыте использовалась принятая в зоне технология.
Яровой ячмень с подсевом люцерны (во вторую ротацию — люцерны и костреца) выращивался в 1979 и 1985 годах с использованием сортов Медикум 21/59 и Донецкий-4 соответственно по годам. После уборки предшественника (неудобренная яровая пшеница и удобренная кукуруза соответственно по указанным годам) проводилось лущение стерни, вносились фосфорные и калийные удобрения согласно схеме опыта, затем - вспашка на глубину 27-30 см. Весной при достижении почвой физической спелости - боронование зяби. Азотные удобрения вносили под предпосевную культивацию, проводимую на глубину 10-12 см. Ячмень высевали в первой декаде мая месяца на глубину 5-8 см нормой 3,3 млн. всхожих семян на гектар. Семена протравливали препаратом Ви-тавакс. На следующий день этой же сеялкой высевали люцерну (люцерну и кострец безостый во 2-ю ротацию) сортов Саратовская синегибридная и Балашов-ский-3 соответственно. Норма высева - 4,5 млн. всхожих семян на 1 га. После посева поле прикатывали гладкими водоналивными катками. Ячмень убирали в фазу полной спелости зерна (1-я декада августа месяца) прямым комбайниро-ванием. После уборки соломы с поля проводили полив подпокровной люцерны.
Весной 1980-1981 и 1986-1987 годов в начале отрастания травостоя (3-я декада апреля — первая декада мая месяца в зависимости от метеорологических условий) посевы бороновали с целью снижения испарения влаги с поверхности почвы и улучшения фитосанитарного состояния поля, вносили фосфорные и калийные удобрения, затем повторно бороновали. Скашивали многолетние травы в фазу цветения косилкой-плющилкой Е-280.
Подготовку почвы под посев яровой пшеницы Ершовская-32 (1982 и 1988 годы) начинали с лущения стерни после последнего укоса многолетних трав 3-го года жизни. Вносили фосфорные и калийные удобрения. Подъем пласта осуществляли плугом с предплужником. Весной (3-я декада апреля месяца) зябь бороновали. Под предпосевную культивацию (первая декада мая месяца) вносили азотные удобрения. На следующий день проводили посев протравленными (витавакс) семенами нормой 5 млн.семян на 1 га. Убирали яровую пшеницу в фазу полной спелости зерна в первую или начале второй декады августа месяца.
После уборки яровой пшеницы проводили лущение стерни, вносили фосфорные и калийные удобрения согласно схеме опыта. Затем - вспашка на глубину 27-30 см. Под культивацию перед посевом озимой пшеницы вносили половинную норму азота. Озимую пшеницу сорта Краснодарская-39 (1983 г.) и Донская безостая (1989 г.) высевали в период с 25 августа по 5 сентября с одновременным прикатыванием посевов. Весной в начале отрастания озимой пшеницы (3-я декада апреля -1 декада мая месяца) посев бороновали и вносили в подкормку вторую половину нормы азота. Убирали пшеницу в 3-й декаде июля. Солому яровой и озимой пшеницы в первую ротацию севооборота (1982, 1983 гг.) после уборки урожая вывозили с поля, во вторую ротацию, (1988, 1989 гг.) в измельченном состоянии запахивали.
Кукурузу на зеленую массу (ВИР-42, 1984 г.) и на зерно (Коллективный-150 ТВ, 1990 г.) высевали после озимой пшеницы. Перед посевом семена протравливали (витавакс). Под предпосевную культивацию в почву вносили гербициды (смесь атразина с прометрином). Посев проводили в 3-й декаде мая месяца. В течение вегетации проводили 2 культивации и 1 ручную прополку. Кукурузу на зеленую массу убирали во 2-ю декаду сентября месяца, на зерно - в конце сентября - начале октября.
В опыте при возделывании всех культур севооборота заданным режимом влажности метрового слоя почвы было поддержание нижнего порога её в предполивные периоды на уровне 70-75% НВ. Такой режим создавался проведением поливов (от 1 до 4) в зависимости от погодных условий (приложения 5-25).
Во все годы в отдельные периоды допускалось кратковременное снижение предполивной влажности почвы ниже заданного уровня, обусловленное организационно-хозяйственными причинами. Так, в 1982 году при выращивании яровой пшеницы по пласту люцерны отсутствие поливов в период формирования, налива и созревания зерна (конец трубкования — полная спелость), связанное с поломкой оросительной сети, стало причиной значительного недобора урожая.
В годы исследований количество поливов и оросительные нормы были различными в зависимости от биологических особенностей культур и погодных условий. Поливную норму устанавливали по дефициту влажности в метровом слое почвы (Костяков, 1960). В годы выращивания ячменя с подсевом многолетних трав проводили 1-2 полива оросительными нормами 820-890 м /га. Люцерну и кострец безостый 2-3 годов жизни в зависимости от погодных условий поливали 2-4 раза. Оросительные нормы варьировали от 1570 до 3100 м3/га. Под яровую пшеницу давали 1-3, под озимую - 1-2 полива оросительными нормами 1200-1480 и 700-1210 м3/га (приложение 4).
Влияние удобрений на водопотребление и коэффициент водопот-ребления культур севооборота
Знание размеров суммарного водопотребления и закономерностей изменения расхода воды на создание единицы урожая сельскохозяйственных культур в зависимости от условий возделывания их, в том числе — от применяемых удобрений делает возможным установление наиболее рациональных режимов орошения, обеспечивающих получение максимальной урожайности и высокую оплату оросительной воды.
Вопрос об оптимальной для растений влажности почвы тесно связан с вопросами подвижности и доступности І воды. Известно (Долгов, 1946, 1947; Рыжов, 1948; Роде, 1965; и др.), что не вся имеющаяся в почве влага в одинаковой мере доступна растениям. Этими и другими исследователями установлено, что диапазон содержания влаги в почве в разной степени доступной растениям, ограничен, с одной стороны - влажностью, соответствующей наименьшей влагоемкости (НВ), с другой - влажностью устойчивого завядания (ВЗ). При этом легкоподвижной и, соответственно, наиболее доступной растениям, является влага в интервале от наименьшей влагоемкости до влажности замедления роста (ВЗР) (Долгов, 1947), близкой к влажности разрыва капилляров (ВРК) и равной 2/3 НВ (Роде, 1965). С.М.Алпатьев (1965) считал, что в большинстве случаев подвижной и легкодоступной растениям является влага, превышающая уровень 65-70% НВ. В указанном диапазоне влажности почвы вегетирующие растения находятся в наиболее благоприятных условиях, когда соотношение количества воды и воздуха в ней таково, что приток воды к корням соответствует её потреблению (Рыжов, 1948) и в почве устанавливается благоприятное соотношение воды и воздуха. Согласно исследованиям Н.А.Качинского (1958) в этих условиях вес воды составляет не более 50% веса твердой фазы, общая порозность - 55-65%, а порозность аэрации - 25-35% от общей.
Запасы доступной для растений влаги в почве и соотношение воды и воздуха в ней при разных уровнях увлажнения определяются её вводно-физическими свойствами. При прочих равных условиях почва, имеющая плотное сложение и низкую водопроницаемость, потребует большего количества влаги для обеспечения нормальной жизнедеятельности растений (Балябо, 1956). Исходя из этого, для создания в почве запасов влаги, наиболее продуктивно используемой растениями, следует знать диапазон оптимальной влажности в ней.
Как уже указывалось выше, при орошении верхним пределом диапазона оптимальной влажности почвы является величина наименьшей влагоемкости (НВ), именуемая также полевой или предельной полевой влагоемкостью (ППВ). По данным многочисленных исследований величина нижнего порога оптимальной влажности зависит от биологических особенностей культур, уровня плодородия почвы, её гранулометрического состава, вводно-физических свойств и варьирует в пределах 60-80% НВ. Мощность промачиваемого при поливах слоя почвы определяется уровнем залегания грунтовых вод, глубиной проникновения основной массы корней растений и составляет, как правило, от 40-60 до 100 см (Алпатьев, Багров, 1965; Петинов, 1974; и др.).
Исследования, проведенные на юге Украины и в степной зоне Российской Федерации, показывают, что при возделывании озимой и яровой пшеницы на южных карбонатных и выщелоченных черноземах - оптимальным является поддержание нижнего порога предполивной влажности почвы в течение вегетации на уровне 75-80% НВ (Льгов, 1967; Бижоев, 1977; Ясониди, 1978; Кума-хова, Кожоков, 1983; Баклай, Баклай, 1988; Нетис, 1992; и др), а на солонцеватых тяжело-суглинистых обыкновенных черноземах степного Заволжья — 80-85% НВ (Фокеев, Чичкин, 1977). В сухостепной зоне Дагестана, Среднего и Нижнего Поволжья на темно- и светло-каштановых почвах оптимальным называется уровень влажности 70-80%), а на солонцеватых тяжело-суглинистых обыкновенных черноземах степного Заволжья - 80-95% НВ (Фокеев, Чичкин, 1977). В сухостепной зоне Дагестана Среднего и Нижнего Поволжья на темно и светло-каштановых почвах оптимальным называется уровень влажности 70-80% НВ (Пейсахоов, 1971; Филимонов, Барановский и др., 1974; Багров, Бонда-ренков, 1974; Колчина, 1980; Филимонов, Седанов и др., 1981; и др.). Оптимальная влажность почвы при выращивании кукурузы на зерно и силос, а также люцерны на зеленую массу и сено в указанных регионах составляет 75-85% НВ (Балябо, Кореньков, 1965; Петинов, 1974; Гусейнов и др., 1976; Титов, 1979, 1981; Калмыков, 1982; Аристова, 1988; Данилов, Данилова, Караваева, 1997; Дронова, Белякова, 1997; и др.).
В последние годы широко изучалась возможность дифференциации режимов орошения в зависимости от потребности растений в воде в тот или иной период их развития. Показано их преимущество перед статичными режимами, которое заключается в получении таких же или даже более высоких урожаев культур хорошего качества, но при значительной экономии оросительной воды, а значит энергетических и материальных ресурсов (Божко, 1973; Петинов, 1974; Болотин, 1983; Шемякова, 1984; и др.).
Однако использование одного орошения не может решить задачу по повышению величины и устойчивости урожаев возделываемых культур. Согласно результатам исследований в различных зонах орошаемого земледелия она решается только при правильном сочетании орошения и удобрения (Балябо, Кореньков, 1965; Лысогоров, 1965; Балябо, 1967; Балябо, Васильева, Зверева, 1971; Пейсахов, 1971; Вязникова, 1971; Филимонов, Барановский и др., 1974; Ясониди, 1978; Болдырев и др., 1983; Аристова, 1988; Зотов, Сафин, 1998; и др.). Этими и другими исследователями отмечалось, что прибавки урожая от удобрений на орошаемых землях составляют 30-50% для некоторых культур и на некоторых почвах урожаи возрастают в 2-4 раза в сравнении с урожаями без удобрений. Показано, что чем выше дозы удобрений, тем на более высоком уровне необходимо поддерживать предполивную влажность почвы, но в пределах оптимальных норм, исключающих переувлажнение (Балябо, 1967).
Орошение резко повышает эффективность удобрений, а удобрения в свою очередь повышают эффективность орошения. Установлено, что прибавки урожая зерна озимой пшеницы за счет сочетания оптимального режима увлажнения и удобрений по сравнению с их раздельным использованием (эффект взаимодействия) по данным разных авторов составляли 3-27 ц/га (9-55%), яровой пшеницы - 6-Ю ц/га (21-47%), зерна и силосной массы кукурузы - 8-17 ц/га (17-42%)) и 74-177 ц/га (18-41%) соответственно, сахарной свеклы - 47-98 ц/га (10-19%), хлопка-сырца — около 5 ц/га (20%), сена люцерны за 2 года пользования — 17 ц/га (20%) (Пейсахов, 1971; Вязникова, 1971; Караханов, 1971; Филимонов, Барановский и др, 1974; Ясониди, 1978; Филимонов, Седанов и др., 1981; Титов, 1981; Болдырев и др., 1983; Аристова, 1988; Баклай, Баклай, 1988; и др.). Повышение эффективности орошения при оптимальном удобрении достигается вследствие снижения транспирационного коэффициента на: фоне удобрений. Орошение создает условия для высокой усвояемости растениями питательных веществ, которые при достаточном увлажнении почвы легко переходят в раствор и поглощаются корнями. Улучшение влажности почвы и условий питания растений способствует развитию корневой системы і её мощность и общая поверхность поглощения резко при этом возрастают (Лысогоров, 1965).
Азотный режим почвы в зависимости от доз азотных удобрений и возделываемых культур
Азот в почвах представлен главным образом легко, трудно- и негидроли-зуемыми формами органических соединений, входящими в состав гумуса. В степных почвах большая часть азотного фонда представлена негидролизуемой фракцией, которая в верхнем гумусовом горизонте составляет 50-70% от валового количества N. На трудногидролизуемые и легкогидролизуемые формы приходится 25-35% и 5-7% соответственно. При переходе от черноземных к каштановым почвам доля негидролизуемой фракции в общем его содержании снижается, в результате подвижность почвенного азота возрастает.
Азот органических веществ, находящихся на разных стадиях разложения, представлен белком растительного и животного происхождения и продуктами его распада — аминокислотами, амидами, холином, креатинином и другими менее значительными соединениями (Турчин, 1965). В большинстве своем эти вещества не могут быть использованы растениями в качестве азотной пищи. Почвенные микроорганизмы в процессе аммонификации и нитрификации разлагают их до аммония и нитратов, которые представляют собой конечные продукты микробиологического превращения органических соединений азота. Содержание минерального азота в разных почвах колеблется от 0,3 до 1,5-1,8% от валового количества. По данным М.П.Чуб (1989) доля минерального азота, определяемого по сумме его аммонийной и нитратной форм в обыкновенных, южных черноземах и темно-каштановых почвах Саратовской области изменяется в пределах 0,32-1,48% от валового количества.
Аммонийная и нитратная формы азота являются непосредственным источником азотного питания растений. Интенсивность минерализации органических соединений азота почвы определяется их природой, степенью устойчивости к воздействию биологических факторов, а также условиями среды - влажностью, температурой, рН, соотношением воды и воздуха.
Аммонификация наиболее интенсивно протекает при пониженной температуре и высокой влажности почвы в широком интервале рН (от 3 до 8). Образующийся аммоний большей частью поглощается почвой в обменной форме. Причем, поглощение его усиливается на почвах тяжелого гранулометрического состава, богатых гумусом (Гедройц, 1962; Турчин, 1964; Горбунов, 1965; Ко-реньков, 1966; Замятина, Борисова, Варюшкина, и др., 1967; Смирнов, Шилова, 1970; Ketcheson et al., 1968). Кроме того,, аммонийный азот фиксируется глинистыми минералами в необменной форме или вступает в химическое взаимодействие с различными соединениями (Петербургский, Корчагина, 1965; Могилевкина, 1965; Турчин, 1972; Русинова, Васильева, 1978; Ketcheson, Jakovlevic, 1970; Overrein, 1972).
Обменнопоглощенный аммоний принимает участие в питании растений. Фиксированный аммоний также используется растениями, но в меньшей степени. Так, В.Н.Кудеяров и В.Н.Башкин (1981) отмечали снижение содержания его в почве за сезон на 20-60% по отношению к весенним запасам.
При благоприятном соотношении влаги и воздуха в почве, в условиях нейтральной реакции среды аммоний быстро нитрифицируется. Образование нитратов в почвах обусловлено бактериями, окисляющими аммиак в азотистую и азотную кислоты и использующими выделяющуюся при этом энергию для синтеза органического вещества своих тел и метаболитов за счет углерода углекислых солей. Наиболее интенсивно нитрификация протекает в почвах с нейтральной реакцией в аэробных условиях при температуре 25-30С (Шмук, 1950; Прянишников, 1953).
Попеременное высушивание и увлажнение почвы повышает интенсивность нитрификации (Лебедянцев, 1960; Францесон, 1963). По мнению авторов это может быть связано с массовой гибелью микробных тел и наличием легко-гидролизуемого органического вещества с узким соотношением C:N. Высокая влажность почвы (свыше 80% ПВ) также, как и низкая (9% ПВ) тормозят нитрификацию (Лебедянцев, 1960). При наличии в почве большого количества органического вещества с широким отношением C:N и слабой аэрации могут протекать процессы денитри-фикации с потерей азота в восстановленной газообразной форме (Замятина, Кореньков, Варюшкина и др., 1963; Андреева, Щеглова, 1966; Смирнов, 1970; Никитишен и др., 1977, 1978; Stefanson, 1976; Haunold, 1986; Stevenson, Neilsen, 1990).
Способность почв к минерализации органического вещества оценивается по количеству легкогидролизуемого азота, а также нитратного азота, накапливаемого за определенный промежуток времени в контролируемых условиях.. Для почв степной и сухо-степной зон определение нитрификационной способности и содержания нитратного азота в динамике при установлении обеспеченности растений этим элементом является наиболее целесообразным, поскольку в них нитратная форма преобладает над аммонийной как в богарных условиях, так и при орошении, особенно весной в начале активной вегетации и в начале лета (Ласукова, 1955; Льгов, 1960; Простаков, 1963; Липкинд, 1967; Голубцов, 1970; Попова, 1970; Пустовой, Филин, 1971; Зверева, 1971; Пара, 1982; и др.).
В работах отдельных авторов (Радов, Попов, 1967; Реброва, 1970), изучавших динамику содержания аммонийного и нитратного азота в светло-каштановой почве в течение вегетации культур, отмечается более высокое содержание аммонийного азота в сравнении с нитратным в период интенсивного роста культур. По мнению Е.А.Зверевой (1987) это может быть связано с большим потреблением нитратной формы азота в этот период. В.И.Пожилов (1991), указывая на общий высокий уровень содержания аммонийного азота в светло-каштановой почве при орошении в течение всего вегетационного периода озимой пшеницы, связывает это со снижением темпов нитрификации, обусловленным нехваткой органического вещества в пахотном слое при бессменных посевах.
Влияние удобрений на урожайность культур и продуктивность её севооборотов
Влияние отдельных видов удобрений на урожайность культур определяется прежде всего генетическими особенностями почв, содержанием в них подвижных форм элементов питания, биологией возделываемых культур, уровнем предшествующей удобренности.
Многочисленными исследованиями, проведенными на почвах каштанового типа в условиях орошения, установлена ведущая роль азота в повышении урожайности зерновых и кормовых культур, кроме бобовых. Эффективность фосфорных удобрений на них значительно ниже, чем азотных и зависит от со-держаняи подвижного фосфора в почве. Прибавки урожая от внесения калийных удобрений очень небольшие или отсутствуют в связи с высоким содержанием в этих почвах подвижного калия (Балябо, Кореньков, 1975; Радов, 1975; Столыпин, Пожилов, 1976; Заренцев, 1977; Васильева, Кудряшов и др., 1979; Васильева и др., 1977; Пономарев, 1977; Голубев, 1978; Радов, Столыпин, 1978; Тарасова, 1978; Васильева, Прядилыцикова, 1978; Барановский и др., 1978; Пожилов, Щербина, 1979, 1983; Киселева, 1983; Мазун, 1983; Изотов, 1984; Криштопа, 1985; Бокарев и др., 1986, 1989; Боровик, 1987; Зверева, 1987; Райков, 1988; Филипьев, Заец, 1989; Пронько, 1999; Бокарев, 2000; Дерябин, 2000; и др.).
В работах этих и других исследователей показано, что прибавки урожая культур от внесения азота на каштановых почвах при орошении составляют от 25-30 до 80-100% и выше. Высокая эффективность азота обусловлена большим уровнем урожая, получаемым в орошении в сравнении с богарой, и соответственно большим потреблением азота на его формирование.
На темно-каштановых почвах юга Украины со средней обеспеченностью пахотного слоя подвижным фосфором главная роль в увеличении урожайности зерна и зеленой массы орошаемой кукурузы принадлежит азоту, внесение которого повышало её на 30-58 и 18-48% соответственно в зависимости от доз (Криштопа, 1975; Филипьев, Заец, 1989). На этих же почвах эффективность азотных удобрений при возделывании озимой пшеницы в условиях орошения составляла 22-25%, а урожайность уровня 53-58 ц/га, получена по дозе азота 90 кг/га на фоне Р9о (Боровик, 1987; Нетис, 1988). На новоорошаемых темно-каштановых почвах этого региона, имеющих среднюю обеспеченность пахотного слоя подвижным фосфором, прибавки урожая зерна озимой пшеницы, силосной массы кукурузы и корней сахарной свеклы от применения азота в дозах 90, 150 и 130 кг/га, были выше - 83, 61 и 53%, при урожайности 53, 550 и 564 ц/га соответственно по культурам (Заренцев, 1977).
На староорошаемых темно-каштановых почвах Северного Кавказа (Ал-ханчуртская долина) эффективность различных доз азота при возделывании сельскохозяйственных культур в севообороте составляла 15-70%. При этом максимальная урожайность зерна озимой пшеницы 45-50 ц/га, кукурузы — 60-65 ц/га, корней сахарной свеклы 650-700 ц/га обеспечивалась внесением 120 кг/га N. Более высокая доза азота на всех уровнях обеспеченности почвы подвижным «фосфором», как правило, не приводила к её дальнейшему росту (Зверева, 1983, 1987).
В Поволжье на темно-каштановых орошаемых почвах приволжских древних террас, имеющих средний уровень содержания подвижного фосфора в пахотном слое, прибавки урожайности озимой пшеницы от азотных удобрений к фону Р или РК составляли 20-32%, кукурузы на силос — 20% (Голубев, 1978). На этих же почвах урожайность зерна яровой пшеницы под влиянием различных доз азота возрастала на 44-49% (Назарова, 1983).
В сыртовой зоне Саратовского Заволжья, на средне- и высокообеспеченных фосфором темно-каштановых почвах, азотные удобрения были более эффективны. Применение под озимую пшеницу 60-120 кг/га азота способствовало формированию урожая до 33-49 ц/га, что на 38-104% выше, чем на фоне РК. При возделывании кукурузы на зеленую массу и зерно, костреца безостого на сено внесение 120-180 кг/га азота повышало величину урожайности на 26-35, 42-58 и 63-81% соответственно по культурам. А урожайность зеленой массы суданской травы от этих доз азота возрастала в 1,9-2,6 раза (Бокарев и др., 1986; Бокарев, 2000).
Эффективность азотных удобрений на орошаемых светло-каштановых почвах Саратовского Заволжья и Волгоградской области в целом более высокая, чем на темно-каштановых почвах, что обусловлено меньшим содержанием гумуса в их пахотном слое.
Установлено, что на средне- и высокообеспеченных фосфором и калием светло-каштановых почвах Волгоградского Заволжья и Волго-Донского междуречья прибавки урожая зерна озимой пшеницы от внесения различных доз азота составляли 63-92%, зерна яровой пшеницы - 47-60%, а её короткосте-бельных сортов — 60-88%. Эффективность азота при возделывании кукурузы на зерно и силос достигала 50-88 и 50-75% соответственно, сахарной свеклы — 51% (Столыпин, Филин, 1975; Радов, 1975; Столыпин, Пожилов, 1976; Радов, Столыпин, 1978; Барановский, 1978; Тарасова, 1978; и др.).
О несколько меньшей эффективности азотных удобрений на рассматриваемых почвах свидетельствуют результаты исследований Н.К.Болдырева с соавторами (1982, 1986). Ими показано, что прибавки урожая зерна озимой пшеницы, зерна и зеленой массы кукурузы от внесения азота составляли соответственно 32, 50 и 56%. Это может быть обусловлено более высокой окультуренно-стью изучаемой почвы.
Согласно данным вышеперечисленных исследователей при высокой эффективности азотных удобрений максимальный уровень урожайности зерна, озимой пшеницы порядка 50-55 ц/га, яровой пшеницы 35-45 ц/га, зерна и зеленой массы кукурузы 60-70 и 650-700 ц/га на рассматриваемых почвах создавался внесением 150-200, 90-120,180-210 кг/га азота соответственно по культурам. На светло-каштановых почвах Саратовского Заволжья эффективность азотных удобрений при возделывании различных сельскохозяйственных культур в условиях орошения колеблется от 27 до 90% и выше. При этом величина прибавки определяется, как дозами азотных удобрений, так и уровнем обеспеченности почвы подвижным фосфором.
По данным С.Г.Васильевой с соавторами (1977), полученным на светло-каштановых почвах Заволжья с низкой обеспеченностью пахотного слоя подвижным фосфором, прибавки урожайности зерна озимой пшеницы от внесения на фоне 60 кг/га Р2О5 - различных доз азота, составляли 38-41%, а, достигнутый максимальный уровень — 48 ц/га, формировался на варианте PeoN o- На этих же почвах, но имеющих высокую обеспеченность подвижным фосфором, эффективность 90-120 кг/га азота, вносимых под озимую пшеницу, возрастала до 40-64%, а урожайность достигала 53-55 ц/га (Прядилыцикова, Киселева, 1989). При средней обеспеченности пахотного слоя подвижным фосфором прибавка урожая зерна яровой пшеницы от внесения 60 кг/га N на фоне Р60 составила 32%, а достигнутый максимальный уровень урожайности - 28 ц/га (Васильева, Кудряшов и др., 1977). При такой же обеспеченности почвы фосфором урожайность силосной массы кукурузы от внесения N180P120 повышалась на 14%, или с 501 до 573 ц/га (Пономарев, 1977). Повышение содержания подвижного фосфора в рассматриваемой почве от среднего до высокого уровня способствовало росту эффективности азотных удобрений при выращивании сахарного сорго в условиях орошения с 18-38% до 50-90% в зависимости от доз (Дерябин, 2000), а при внесении их под суданскую траву - до 45% (Лихацких, 1984).
