Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 8
1.1. Роль азота, фосфора и калия в жизни растений 8
1.2. Запасы азота, фосфора и калия в дерново-подзолистых почвах 10
1.2.1. Запасы азота 10
1.2.2. Запасы фосфора 14
1.2.3. Факторы, влияющие на коэффициент использования почвенных фосфатов 19
1.2.4. Запасы калия 22
1.3. Влияние удобрений на запасы азота, фосфора и калия в почве 29
1.3.1. Влияние азотных удобрений на запасы азота 29
1.3.2. Влияние фосфорных удобрений на запасы фосфора 31
1.3.3. Влияние калийных удобрений на запасы калия 33
ГЛАВА II. УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 36
2.1. Почвенно-агрохимические условия проведения исследований 39
2.2. Характеристика метеорологических условий проведения исследований 49
2.3. Методы анализов почв и растений 50
ГЛАВА III. ВЛИЯНИЕ ОБЕСПЕЧЕННОСТИ ПОЧВЫ ЭЛЕМЕНТАМИ ПИТАНИЯ И УДОБРЕНИЙ НА УРОЖАИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР, ИХ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И КАЧЕСТВО РАСТЕНИЕВОДЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ 52
3.1. Влияние обеспеченности почвы элементами питания и удобрений на урожай сельскохозяйственных культур и продуктивность севооборота 52
3.2. Влияние условий питания сельскохозяйственных культур на качество сельскохозяйственной продукции 63
3.3. Влияние условий питания на изменение химического состава сельскохозяйственных растений 69
3.3.1. Картофель 70
3.3.2. Ячмень 75
3.3.3. Клевер 80
3.3.4. Лен 82
ГЛАВА ІV. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫМИ КУЛЬТУРАМИ
ПОЧВЕННЫХ ЗАПАСОВ АЗОТА 89
4.1. Вынос азота растениями 89
4.2. Баланс азота в почве и изменение его содержания 99
ГЛАВА V. СОДЕРЖАНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАСТЕНИЯМИ ПОЧВЕННЫХ ФОСФАТОВ 112
5.1. Вынос фосфора растениями 113
5.2. Коэффициент использования почвенных фосфатов 118
5.3. Использование почвенных фосфатов в условиях вегетационных опытов 121
5.4. Динамика почвенных фосфатов в условиях полевого опыта 126
5.5. Изменение содержания фосфора в почве и его баланс 132
ГЛАВА VІ. ПОТРЕБЛЕНИЕ РАСТЕНИЯМ! КАЛИЯ И ЕГО ПРЕВРАЩЕНИЕ В ПОЧВЕ 146
6.1. Потребление растениями почвенного калия в полевом опыте 147
6.2. Потребление растениями почвенного калия в условиях вегетационного опыта 158
6.3. Динамика форм почвенного калия за две ротации севооборота 160
6.3.1. Изменение подвижных форм К.рО (водорастворимой и обменной) 162
6.3.2. Необменные формы калия 172
6.4. Превращение форм калия в почве при длительном внесении калийных удобрений 173
6.5. Баланс калия 177
ВЫВОДЫ 188
ПРЕДЛОЖЕНИЯ 190
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 191
ПРИЛОЖЕНИЕ 226
- Роль азота, фосфора и калия в жизни растений
- Почвенно-агрохимические условия проведения исследований
- Влияние обеспеченности почвы элементами питания и удобрений на урожай сельскохозяйственных культур и продуктивность севооборота
- Вынос азота растениями
- Вынос фосфора растениями
Введение к работе
Актуальность темы. В решениях ХХУІ съезда КПСС и в "Продовольственной программе СССР на период до 1990 года", одобренной майским (1982 г.) Пленумом ЦК КПСС, поставлена задача обеспечить бесперебойное снабжение населения страны продуктами питания. Среди мер, направленных на решение этой задачи, важнейшее место отводится повышению урожайности сельскохозяйственных культур.Решение этой проблемы ведется по многим направлениям, среди которых существенное место занимает создание оптимальных условий для роста и развития растений, в том числе условий почвенной среды.
Оптимальное состояние агрохимических свойств дерново-подзолистых почв, достигаемое путем регулирования баланса элементов питания и рационального использования удобрений может быть достигнуто только при строгом контроле и управлении теми изменениями, которые происходят в почвах. Данные, полученные за ІУ тура обследования почв Белорусской ССР, показали, что в результате систематического внесения удобрений в почвах происходит накопление элементов питания. В настоящее время около 15 % пахотных почв БССР достигли оптимального содержания фосфорной кислоты.Одновременно отмечаются очень большие колебания между хозяйствами и особенно полями севооборота. То же касается и обеспеченности почв калием. Поэтому изздіение эффективности фосфорных и калийных удобрений на почвах с разным уровнем обеспеченности этими элементами, регулирование баланса с учетом состояния почвенных ресурсов являются актуальными. Их значимость возрастает в связи с увеличивающимися затратами на удобрения, а также в процессе расширенного воспроизводства плодородия почв.
Цель и задачи исследований. Задачей наших исследований было изучение следующих вопросов: - б - в условиях длительного полевого опыта выявить влияние почвенных запасов и вносимых с удобрениями элементов питания на урожай отдельных сельскохозяйственных культур и общую продуктивность севооборота; выяснить основные закономерности потребления сельскохозяйственными культурами фосфатов почвы и удобрений в условиях высокой обеспеченности ПОЧВ ПОДВИЖНОЙ Р%» установить основные закономерности потребления культурными растениями калия из почвенных запасов и вносимых удобрений в условиях низкой обеспеченности почв обменным калием; изучить влияние условий питания на химический состав растений, особенно в условиях недостатка или избытка отдельных элементов; определить роль известкования в изменении подвижности почвенных запасов азота, фосфора и калия; выявить взаимосвязи между балансом фосфора и калия и изменением содержания в почве подвижных Р0 и 1^0.
Научная новизна. Впервые в условиях БССР для суглинистых почв установлены: равновесный уровень содержания в почве обменного калия, равный 4,6-5,0 мг на 100 г почвы, который является критически низким для всех сельскохозяйственных культур; оптимальный уровень содержания подвижного фосфора, равный 25-27 мг на 100 г почвы, при котором потребность растений в фосфоре удовлетворяется за счет почвенных запасов; характер динамики подвижных фосфатов (при оптимальном уровне), заключающийся в восстановлении количества использованной растениями Р0е> за вегетационный период, до первоначального запаса.
Практическая ценность работы. Результаты исследований позволяют рекомендовать на почвах с высоким содержанием подвижного фосфора (свыше 25 мг на 100 г почвы), имеющих близко к нейтральной реакцию почвенной среды (рН ? 5,5), обеспечивать питание растений фосфором строго по выносу их с урожаем. При оптимальном внесении азотных и калийных удобрений это позволяет получать свыше 50 ц кормовых единиц с гектара и в течение 15-20 лет сохранить оптимальный запас подвижных фосфатов.
Реализация исследований. Материалы исследований использовались при разработке модели применения удобрений с помощью ЭВМ и соответственно планов внесения удобрений по полям севооборота для всех хозяйств БССР; данные химического состава и выноса элементов питания растениями использовались при составлении соответствующих нормативов.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на научной конференции молодых ученых (Минск, 1973), на Проблемном Совете (Горки, 1976), на У Всесоюзном съезде почвоведов (Минск, 1977).
Публикация. Основные результаты исследований изложены в 13 печатных работах.
Объем и содержание работы. Диссертация изложена на 190 страницах машинописного текста, содержит 61 таблицу, 16 рисунков и состоит из введения, шести глав, выводов, предложений производству, списка литературы (329 наименований, из них 45 на иностранном языке) и приложений (24 страницы).
Работа выполнялась под постоянным и внимательным руководством доктора сельскохозяйственных наук, академика ВАСХНИЛ, профессора - Тамары Никандровны Кулаковской, которой автор выражает искреннюю благодарность и признательность.
Роль азота, фосфора и калия в жизни растений
Азот, входя в состав белка, является основой жизни растений. Влияние азота проявляется не только в азотном, но и углеводном обмене растений. Главные элементы структуры урожая злаковых -число соцветий, величина соцветий, качество цветов дифференцируются на первых стадиях роста и развития (от посева до конца фазы выхода в трубку), что определяет большое значение обеспеченности азотом в начальный период развития растений и отмечено в исследованиях многих авторов (Гукова М.М., 1954; Самохвалов Г.К., 1955; Зуев А.А., Голубева Т.Ф., 1962 и др.). Исследования последних лет (Олюнина Л.Н., Анисимов А.А., 1975; Никитишен В.И., Никитише-на И.А., 1978; Кулаковская Т.Н., 1980; Носко, 1981; Жуков С.Н., Петрова Л.К., Прокошев В.В., 1983 и ]Щ.\Л,ОЧАІ Д-,1976) подтверждают и развивают положение о большом значении обеспеченности почв азотом в усвоении растениями фосфора и о дальнейшем его вовлечении в органические соединения и наоборот, а также его огромную роль в усвоении растениями калия.
Фосфор является непременной составной частью всех тех сложных белков (нуклеопротеидов), которые играют важную роль в построении клеточного ядра. Входя в состав нуклеопротеидов клеток, фосфор важен для процесса их деления и развития меристематических тканей. Синтез этих сложных фосфорорганических соединений взаимосвязан с другими сторонами метоболиза (потребление Сахаров).
В растительных тканях протекают разнообразные реакции, осуществляющие включение неорганического азота в органические соеди- нения и вовлекающие его в дальнейшие метоболические превращения. Поэтому недостаток фосфора приводит к преобладанию в растених процессов распада белков над их синтезом. В форме ророфосфатов фосфор играет основную роль в очень большом числе энзимных реакций, зависящих от фосфорилирования. Затронутые выше вопросы были весьма детально изучены Соколовым А.В. (1950), Гладковой К.Ф. (1955), Чернявской Т.Н., Туевой А.Ф. (1975), . 1977) и другими.
Калий в отличии от азота и фосфора не входит в состав органических соединений, однако, несомненно, играет большую роль в обмене веществ в растении. Представляется важным его участие в синтезе аминокислот и протеинов с участием ионов аммония. Достаточное содержание калия в листьях необходимо для процесса фотосинтеза и дальнейшего превращения органических соединений (Прянишников Д.Н., 1940; Максимов П.А., 1948; Сйиани О.Г., 1981; Ху- дякова Х.К., Головатый В.Г., 1982; Hwd/Ms $Ц,} 1975 и др.).
Почвенно-агрохимические условия проведения исследований
Полевой опыт заложен на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве. Осенью 1966 года для изучения морфологического строения почвы был заложен почвенный разрез на опытном участке.
Данные механического анализа почвы (табл.За) указывают на однородность горизонтов по составу слагающих фракций. Отмечается преимущественное (59,52-60,23$) наличие фракции крупной пыли (0,05-0,01 мм) в горизонтах Ап и il . Количество данной-фракции не снижается в горизонтах AgBj и В2. Содержание физической глины довольно равномерно по всем горизонтам и колеблется в пределах 21-24$. Почвообразующие породы тонкосортированы и однородны на большую глубину. Они характеризуются незначительным содержанием песка, фракции средней пыли и мелкого песка. Содержание ила колеблется в пределах 7-8$ в верхних горизонтах и возрастает с глубиной до 14-15$ в материнской породе. Все эти показатели позволяют отнести (по классификации Качинского) данную дерново-подзолистую почву к легкосуглинистой, развивающейся на мощном лессовидном суглинке. Указанная разновидность дерново-подзолистой почвы сравнительно широко распространена в центральной и средневосточной частях БССР (783,6 тыс.га) и характеризуется большой степенью распаханности (85$). Суглинки и лессы являются основными почвообразующими породами для Центральной части Белоруссии.
Влияние обеспеченности почвы элементами питания и удобрений на урожай сельскохозяйственных культур и продуктивность севооборота
Среди комплекса факторов среды обитания высших растений (питательные вещества, свет, тепло, вода) для всех сельскохозяйственных культур большая роль в получении высоких устойчивых урожаев с хорошим качеством продукции принадлежит обеспеченности растений элементами питания. Процесс питания растений в значительной мере поддается регулированию путем применения удобрений, которое должно основываться на всесторонне изученных закономерностях потребления элементов питания из почвы и удобрений, влияния обеспеченности почвы элементами питания и вносимых удобрений на урожай сельскохозяйственных культур и их качество. Уже после классических работ Д.Н.Прянишникова и его ближайших учеников в последние два-три десятилетия по этим вопросам проведено большое количество исследований как в западной зоне нашей страны, так и за рубежом (Кулаковская Т.Н., 1965,1970,1975; 1978; Барбалис П.Д., Беунаре А.Е., 1968; Иванов С.Н., Шидловский С.#., 1973; Епэк К.А.,1973; Доспехов Б.А., Авдонин Н.С., 1978; Брагин A.M., Калиновский А.В., 1980; Кораблева Л.И., Борисов В.А., 1981; Андреева Д.М., 1982; Кунцевич И.А., Козловская М.П.,1983; blMobir, ІЇйЯМїь i} 1963; ои1окъьа 7-, 1963; % УІ966 и др.). Однако специфические условия той или иной почвенной среды и различные требования сельскохозяйственных культур к почвенным условиям не снижают актуальности и ценности исследований в этом направлении в каждых конкретных почвенно-климатических условиях.
По требовательности к условиям питания возделываемые нами культуры севооборота (картофель, ячмень, клевер, лен, озимая пшеница, вико-овес) можно условно разделить на три группы. В первую группу могут быть включение картофель, клевер и лен -культурыевеська требовательны к условиям питания, особенно к обеспеченности калием. Во вторую группу можно отнести зерновые культуры - ячмень и озимую пшеницу, которые в сравнении с картофелем и клевером хотя и меньше выносят элементов питания, но весьма чувствительны к сбалансированному обеспечению элементами питания, реакции почвенной среды и обеспечению их азотной пищей. При этом ячмень по характеру потребления элементов питания является более требовательной культурой к легкодоступным элементам питания, что обусловлено сжатым сроком их потребления, приуроченного к фазе начала кущения - колошение (Самохвалов Г.К., 1955). И, наконец, в третью группу мы выделяем вико-овес, как менее требовательную культуру, характеризующуюся растянутым периодом потребления фосфора, но при одновременно более коротком периоде потребления азота и калия.
Указанные особенности сельскохозяйственных культур не могли не сказаться на их урожаях при различных условиях питания, что видно из результатов наших исследований по изучению влияния обеспеченности почвы элементами питания и удобрений на урожай возделываемых культур и продуктивность севооборота.
class4 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫМИ КУЛЬТУРАМИ
ПОЧВЕННЫХ ЗАПАСОВ АЗОТА class4
Вынос азота растениями
Общий вынос азота за семипольную ротацию севооборота достигал 564 кг/га по варианту Д/FK и был на 152 кг/га выше, чем по контрольному варианту. Указанные данные говорят о значительном отчуждении азота с урожаями сельскохозяйственных культур. Этим обусловливается большая острота проблемы азота в районах Нечерноземной полосы, где преобладают дерново-подзолистые почвы, характеризующиеся незначительными запасами гумуса и азота, интенсивной минерализацией органического вещества и в ряде случаев промывным режимом увлажнения.
Проблема повышения эффективности плодородия почв связана как с регулированием запасов элементов питания путем их внесения в почву, так и характером превращения, передвижением, вымыванием и другими процессами, ведущими к изменению содержания питательных веществ.
Нами проводились наблюдения за наиболее подвижными соединениями азота - нитратными и аммиачными. Внесение минеральных удобрений главным образом отражалось на содержании нитратного азота и в полной мере затрагивало аммиачную форму азота (приложение 2). Наиболее четкая разница между вариантами опыта наблюдается через 3-4 недели после внесения удобрений. С ростом потребления азота растениями количество нитратов резко снижается и разница между вариантами сглаживается.
Сравнение данных по выносу азота растениями с количеством его, внесенным в почву с удобрениями, показывает, что вынос азота значительно превосходит количество внесенных азотных удобрений. Так, в первой ротации севооборота в варианте полного мине-.рального удобрения (ШРК) потребление азота растениями картофеля было в 2 раза, ячменя в 1,7-1,8 раза, льна - 1,8, озимой пшеницы - 1,3, вико-овса - 2 раза больше, чем внесено азота с удобрениями (табл.22). Таким образом, при вышесредних и высоких урожаях сельскохозяйственных культур отчуждение азота из почвенных запасов, далеко не в полной мере восполнялось вносимыми дозами азотных удобрений.
Как известно из многочисленных исследований, азот минеральных удобрении используется растениями на 50-70% (Сашжников Н.А., 1973; Безлюдный Н.Н., 1982; Шевцова Л.К., Сизова Д.М., 1983 и ДР.).
Соответствующие расчеты показывают, что при 50% использовании азота удобрений из почвы за семилетнюю ротацию по вариантам Ж, J6P и J-ЙРК соответственно отчуждается из почвенных запасов 422, 381 и 444 кг/га почвенного азота, а при 70% использовании азота удобрений эти цифры хотя и несколько ниже (374,333, 396 кг/га), но также составляют существенную величину, соответствующую 50-75% общего выноса его растениями.
Вынос фосфора растениями
Главное внимание наших исследований было направлено на выяснение способности конкретной почвы обеспечивать растения фосфором из почвенных запасов. Основное количество фосфора, как и азота, содержится в товарной части продукции. Картофель концентрирует вго в клубнях до 90%, зерновые - до 80-85% в зерне (приложение 16,17). Высокое содержание фосфора в репродуктивных органах объясняется тем, что он принимает активное участие в образовании сложных органических веществ, особенно нуклеиновых кислот.
К фосфорному питанию растения предъявляют весьма высокие требования, особенно в ранние периоды развития растений, когда недостаток его в питательной среде приводит к снижению урожая. В условиях нашего опыта, несмотря на такое высокое содержание фосфатов в почве (25-30 мг на 100 г почвы в 0,2 н НСІ) также наблюдалось некоторое падение урожая по варианту Ш в сравнении с вариантом NHC. В соответствии с высотой урожая находится вынос фосфора. Наиболее высоким он был по всем культурам на вариантах с полным минеральным удобрением и внесением азотно-калийных удобрений.
Вынос растениями фосфорной кислоты в контрольном варианте дает представление об использовании растениями фосфатов при естественном плодородии (табл.30). Сравнивая количество фосфора, усвоенного при естественном плодородии (контрольный вариант), с количеством его при внесении азотно-калийных удобрений, следует отметить положительное влияние этих двух элементов на поглощение фосфора почвы. Это не касается, естественно, клевера, где достаточно высокая симбиотическая деятельность обеспечивала азотное питание и отсутствие азота в виде минеральных удобрений не сказалось отрицательно на потреблении фосфора (рис.7).
Отсутствие фосфора в составе удобрений (вариант JVK) лишь незначительно снизило урожай всех культур севооборота и соответственно вынос ими фосфора. Во второй ротации севооборота положительное влияние на вынос фосфора оказало повторное известкование (табл. 30, рис. 8).
Положительное влияние азотно-калийного питания на поступление в растения фосфора отмечают в своих работах Рассел А.,1940; Кравченко С.Н., 1975; Соколов А.В., Гладкова К.Ф., 1979; Носко Б.С, 1981; Л бОШІ %, , ІШїЗбсиьсіьбЯ,$046 1968 и др.), которые считают, что фосфор слабо используется растениями без одновременного обеспечения их азотом и калием.
