Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 10
1.1 Уровень потенциального и эффективного плодородия дерново подзолистых почв 10
1.2 Роль удобрений в поддержании и воспроизводстве плодородия дерново подзолистых почв 20
1.3 Современное состояние накопления и утилизации навоза на крупных свиноводческих комплексах (агрофирмах) 31
Экспериментальная часть
Глава 2. Объекты, методика и условия проведения исследовний 40
2.1 Характеристика объектов исследования. Схема закладки опытов 40
2.2 Методика исследований 46
2.3 Метеорологические условия в годы проведения опытов 49
Результаты исследований
Глава 3. Влияние различных фракций свинного навоза на режим органического вещества дерново подзолистой почвы 53
3.1 Влияние различных фракций свиного навоза на содержание органиче
ского вещества дерново-подзолистой почвы 53
3.2 Изменение состава органического вещества почвы под влиянием различных фракций свиного навоза 61
3.3 Баланс органического вещества в пахотном слое при внесении различных фракций свиного навоза 68
Глава 4. Влияние различных фракций свиного навоза на изменение питательного режима дерново подзолистой почвы
4.1 Динамика содержания азота 74
4.2 Динамика содержания фосфора 80
4.3 Динамика содержания калия 84
4.4 Влияние фракций свиного навоза на содержание тяжелых металлов в пахотном слое дерново-подзолистой супесчаной почвы 86
Глава 5. Изменение физических свойств дерново подзолистой почвы на фоне различных фракций свиного навоза 88
5.1 Влияние удобрений на агрегатный состав почвы 88
5.2 Влияние удобрений на плотность почвы 98
Глава 6. Влияние различных фракций свиного навоза на урожайность культур зернотравяного звена севооборота и их окупаемость полученной прибавкой урожая 104
6.1 Действие удобрений на урожайность полевых культур 104
6.2 Влияние фракций свиного навоза на качественные показатели продукции зернотравяного звена севооборота 108
6.3 Окупаемость питательных веществ органических удобрений полученной прибавкой урожая 114
6.4 Энергетическая оценка применения органических удобрений 118
6.5 Экономическая оценка результатов опыта 122
Рекомендации производству 127
Выводы 128
Список использованной литературы .
- Современное состояние накопления и утилизации навоза на крупных свиноводческих комплексах (агрофирмах)
- Метеорологические условия в годы проведения опытов
- Изменение состава органического вещества почвы под влиянием различных фракций свиного навоза
- Динамика содержания калия
Введение к работе
Актуальность работы. Около 90% пахотных угодий Тверской области представлены дерново-подзолистыми почвами. Данные почвы в соответствии со своим генезисом обладают низким уровнем плодородия, что сдерживает рост урожайности сельскохозяйственных культур.
Причин приводящих к такому состоянию множество, но одной из главных является резкое снижение вносимых в почву удобрений и средств химической мелиорации. Проблема предотвращения снижения плодородия почвы остается одной из основных, поскольку от этого зависит продуктивность земель и экономическое благополучие хозяйств. Особое значение для почв Нечерноземной зоны принадлежит органическим удобрениям (Чеботарев и др., 2008).
За последние два десятилетия в целом по Нечерноземной зоне накопление основного вида органического удобрений – подстилочного навоза резко сократилось. Одновременно, на крупных животноводческих комплексах ежегодно накапливается большое количество жидкого органического сырья в виде навозных стоков. Отсюда, встает проблема, каким образом его утилизировать без причинения ущерба для природной среды (Ковалев, Барановский, 2006, 2012).
Выполненные нами исследования показывают, каким образом можно снизить экологическую нагрузку на пахотные почвы, при внесении в них жидкого навоза, с заметным повышением почвенного плодородия и получением достаточно высоких урожаев сельскохозяйственных культур с высоким качеством продукции.
Степень разработанности темы. Изучению удобрительного действия
бесподстилочного навоза уделено достаточно большое количество исследований
(Семенов, 1978; Васильев, Шевцов, 1983; Долгов, 1984, 1990; Новиков, Лукин,
1990). В условиях интенсификация животноводства и переводе его на
промышленную основу появляются крупные животноводческие комплексы, на
которых ежегодно накапливается очень большое количество органического сырья
в виде бесподстилочного навоза. Возникает проблема его утилизации, поскольку
использовать получаемое органическое сырье на собственных земельных
площадях не представляется возможным (Тиво, Дробот, 1988; Титова и др., 2003;
Барановский, Павлоцкий, 2010). Следовательно, на животноводческих
комплексах бесподстилочный навоз рациональнее перерабатывать, разделяя его на отдельные фракции, что позволит уменьшить потери в процессе внесения в почву и соответственно снизить экологическую нагрузку на природную среду (Тейр, 1991; Мерзлая, 2006; Ковалев, Барановский, 2012; Мерзлая и др., 2012). Изучение влияния отдельных фракций свиного навоза на продуктивность полевых культур и плодородие почвы актуально и заслуживает внимания ученых.
Цель и задачи. Целью исследования было изучить сравнительное действие различных доз и фракций свиного навоза в чистом виде, а также совместно с соломой на гумусовый и питательный режим дерново-подзолистой супесчаной почвы, ее агрофизические показатели и продуктивность зернотравяного звена севооборота, дать научно-обоснованное заключение о целесообразности применения отдельных фракций навоза в современном земледелии.
В задачи исследований входило:
-
Определить химический состав исследуемых фракций навоза и соломы.
-
Выявить влияние фракции свиного навоза в чистом виде, а также в сочетании с соломой, на содержание и состав гумуса пахотного горизонта дерново-подзолистой супесчаной почвы и ее питательный режим.
-
Изучить изменение структурного состояния и плотности почвы под влиянием различных фракций и доз навоза, внесенных в почву.
-
Установить влияние удобрений на продуктивность звена полевого севооборота и качественные показатели растительной продукции.
-
Рассчитать экономическую и энергетическую эффективность применения фракций свиного навоза на дерново-подзолистой супесчаной почве.
Научная новизна. Впервые в условиях северной части Центрального Нечерноземья проведён глубокий анализ влияния отдельных фракций свиного навоза (полученных со свинокомплекса ОАО «Заволжское») в чистом виде и совместно с соломой, на гумусовый и питательный режим, физические свойства дерново-подзолистой супесчаной почвы и её продуктивность. Дано теоретическое обоснование их удобрительных свойств.
Теоретическая и практическая значимость. Основные положения диссертации позволяют выявить процессы трансформации различных фракций свиного навоза в чистом виде и совместно с соломой. Результаты работы внедрены на предприятии, даны рекомендации по применению фракций свиного навоза на дерново-подзолистых почвах. Установленные в процессе исследований количественные показатели изменений содержания и состава органического вещества, физико-химических свойств, под влиянием различных фракций и доз свиного навоза, их сочетания с соломой и оказываемое влияние на продуктивность зернотравяных звеньев севооборота, позволяют рекомендовать производству конкретные дозы и виды их применения с учётом разновидностей почв и энергетической эффективности.
Методология и методы диссертационного исследования. В ходе
выполнения диссертационной работы проводились исследования
агрохимических, физических показателей почвы, а также осуществлялось определение продуктивности сельскохозяйственных культур и их качественных показателей при применении различных фракций свиного навоза по рекомендованным методикам и ГОСТам с применением современных методов физико-химических исследований.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Выявлено влияние фракции свиного навоза в чистом виде, а также в сочетании с соломой, на режим органического вещества, динамику минерального азота, подвижных форм фосфора и калия в дерново-подзолистых почвах.
-
Изучено изменение физических свойств дерново-подзолистых почв под влиянием применения отдельных фракций свиного навоза.
-
Установлено влияние удобрений на продуктивность звена полевого севооборота и качественные показатели растительной продукции.
-
Рассчитана экономическая и энергетическая эффективность применения фракций свиного навоза на дерново-подзолистой супесчаной почве.
Степень достоверности результатов. Диссертация является
самостоятельной завершенной научной работой, в которой все результаты
принадлежат лично автору или получены при его непосредственном научно-
методическом руководстве и участии. Исследования проведены по
общепринятым методикам в агрохимических исследованиях, а также методов
математической и статистической обработки опытных данных. Статистическая
обработка данных производилась с помощью программ Microsoft Excel и Statistica
6, приведенные уравнения регрессии, равно как и доверительные интервалы,
рассчитаны с 5% уровнем значимости.
Апробация работы. Результаты исследований были представлены на ХVIII, ХIХ, ХХ Региональных Каргинских чтениях (Всероссийская научно-техническая конференция молодых ученых «Физика, химия и новые технологии»), г. Тверь, ТвГУ, 2011, 2012, 2013 гг.; на Международной научно-практической конференция «Инновационные процессы – основа модели стратегического развития АПК в ХХI веке», г. Тверь, ТГСХА, 2011 г.; на Третьей Всероссийской научно-практической конференции «Инновационное развитие животноводства и кормопроизводства в Российской Федерации», г. Тверь, ТГСХА, 2012 г.; на Всероссийской научно-практической конференции «Стратегическое развитие инновационного потенциала АПК регионов», г. Тверь, ТГСХА, 2012 г.; на Итоговых научно-технических конференциях, проходивших по программе «У.М.Н.И.К» «Молодежь и инновации в Тверской области» (г. Тверь, ТвГУ, 15 ноября и 26 апреля 2012 г.); 11-й и 12-й специализированных выставках «Природные ресурсы и экология», г. Тверь 2011, 2012 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 2 в издании, рекомендуемом ВАК РФ (Бабенко, 2011; Бабенко, Барановский, 2011; Бабенко, Барановский, Барановская, 2012; Бабенко, 2012; Бабенко, 2012; Бабенко, 2012; Бабенко, Барановский, 2012; Бабенко, Барановский, Барановская, 2012; Бабенко, 2013; Бабенко, Барановский, 2013; Бабенко, Барановский, 2014; Бабенко, Барановский, 2014).
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 181 страницах и состоит из введения, 6 глав, выводов и предложений производству, 23 приложений. Список литературы включает 248 наименований, в том числе 16 иностранных авторов.
Современное состояние накопления и утилизации навоза на крупных свиноводческих комплексах (агрофирмах)
Почва – это обладающая плодородием сложная полифункциональная и поликомпонентная открытая многофазная система в поверхностном слое коры выветривания горных пород, являющаяся комплексной функцией горной породы, организмов, климата, рельефа и времени (Вальков и др., 2010).
Почва обладает неотъемлемым специфическим свойством – плодородием (Вальков и др., 2010). Без достаточного уровня плодородия не представляется возможным ведение высокой культуры земледелия (Лыков, 1982).
Понятие о плодородии почвы формируется на протяжении всего развития земледелия. По мере накопления сведений о почве и развития земледелия изменялось понятие и о сущности плодородия почвы (Болотов, 1952; Каштанов, 1983; Линовский, 1846; Ярилов, 1904,1905).
С давних времен плодородие воспринималось людьми как некого особого вещества «жира» или «солей», содержащихся в почве, и дающих жизнь. Позже плодородие связывали с наличием в почве воды, перегноя или элементов минерального питания, в итоге плодородие стали соотносить с совокупностью свойств почвы (Ковда и др., 1988).
Огромное влияние на развитие учения о плодородии почвы оказал В.Р. Вильямс. В его понятии плодородие почвы сводилось к совокупности обеспечения растений пищей и водой. Факторы жизни растений им разделялись на две группы: 1-космические (свет, тепло); 2-земные (вода, элементы питания). В итоге им было сформулировано следующее определение: «Способность почвы в той или иной степени удовлетворять растения в этой потребности их в земных факторах жизни носит название плодородие почвы и представляет ее качественное отличие, как природного тела от бесплодного камня и других природных тел, неспособных обеспечить жизненную потребность растений в одновременном и со вместном наличии двух факторов их существования – воды и пищи» (Вильямс, 1939).
Уровень плодородия почвы является оптимальным в тех случаях, если отдельные условия или факторы жизни находятся в оптимуме. Избыток или недостаток хотя бы одно из факторов оказывает негативное влияние на развитие растения. Оптимальное влияние фактора создает более благоприятные условия в жизни растений и способствует получению более высокого урожая, при этом на развитие растений оказывает влияние комплекс факторов действующих совокупно, а не изолированно. Оптимальное плодородие различается в зависимости от почвенно-климатических условий, что связанно с факторами почвообразования (Зеликов, 1981; Никончик, 2012).
Интенсивное земледелие опирается на использование средств химизации, мелиорации, механизации и высокопродуктивных сортов сельскохозяйственных культур (Акимов, 2009). При высоком уровне плодородия эффективность этих факторов возрастает. В ходе чего повышается значение плодородия по мере повышения интенсивности земледелия. Приоритетной задачей интенсивного земледелия является создание устойчивого и в то же время высокого уровня плодородия, а при необходимости воспроизводство низкого уровня плодородия (Александрова, 1980; Лыков, 1982; Ковриго и др., 2000, 2008; Барановский, Дроздов, 2012).
Проблема повышение плодородия земель Северо-Запада России имеет огромное значение, в связи с тем, что подавляющая часть почв представлена дерново-подзолистыми почвами. Данные почвы не отличаются высоким естественным плодородием, а также обладают рядом неблагоприятных свойств (Лыков и др., 2004; Володина, и др., 2012; Булатова, и др., 2012). При внедрении интенсивных технологий на почвах такого типа не оправдываются ожидаемые результаты, которые можно получить на почвах с более высоким уровнем плодородия (Александрова, 1980).
В ходе развития почвообразовательного процесса и изменения свойств почвы изменяется и ее природное плодородие. Различают естественное, или природное, искусственное и эффективное, или экономическое плодородие почв. Также выделяют понятие потенциального плодородия (Кауричев, и др., 1989; Ковриго и др., 2000; 2008).
Естественное, или природное плодородие – свойство почвы, образовавшейся под естественной растительностью при естественном протекании почвообразовательных процессов, ненарушенного воздействием человека. Природное плодородие сохранилось на естественных кормовых угодьях, но не на пашне. Данный вид плодородия сравнительно мало изменяется во времени и является величиной стабильной для определенного типа почв. Различные по происхождению почвы обладают не одинаковым плодородием, а одна и та же почва имеет разное плодородие для растений, отличающихся по биологическим свойствам (Зеликов, 1981; Барановский, 1994; 2001).
Искусственное плодородие создается в ходе земледельческого освоения почв: внесении удобрений, обработке почвы, выращивании сельскохозяйственных культур, осушении, орошении. С момента, когда целинный участок вовлекается в оборот и почва становится средством производства и продуктом труда человека, она наряду с естественным приобретает искусственное плодородие. Пример искусственного плодородия в чистом виде возникает в ходе приготовления субстратов для выращивания растений (Ковриго и др., 2000; 2008; Барановский, 2009).
Искусственное плодородие свойственно всем в той или иной мере окультуренным почвам. Однако как бы ни была высоко окультурена почва, она наряду с искусственным всегда обладает и естественным плодородием, обусловленным ее природными свойствами почвы. Чем выше культура земледелия, тем больше изменились первоначальные качества почв и тем сильнее выражено в ней искусственное плодородие. Однако определить, какая часть плодородия окультуренной почвы относится к ее естественному плодородию, а какая к искусственному, невозможно. При сельскохозяйственном использовании почв естественное и искусственное плодородие в совокупности проявляются как эффективное (Роде, Смирнов, 1972; Зеликов, 1981).
Метеорологические условия в годы проведения опытов
Для выполнения программы исследований по теме диссертации, в 2010 году был заложен полевой мелкоделяночный опыт, расположенный на опытном участке кафедры агрохимии, почвоведения и агроэкологии Тверской государственной сельскохозяйственной академии (ТГСХА). Почва опытного участка дерново-подзолистая супесчаная на моренном суглинке.
Используемая нами схема опыта и методика проведения исследований обсуждались на заседаниях методической комиссии и Совета технологического факультета ТГСХА. За основу взяты существующие стандартные методы З.И. Жур-бицкого (1968), Ф.А. Юдина (1980), Б.А. Доспехова (1985).
Почва опытного участка используется интенсивно более 60 лет, за данный временной интервал на ней постоянно возделывались сельскохозяйственные культуры. Освоение сопровождалось внесением органических удобрений - навоза и торфяных компостов. За ротацию 7-польных севооборотов они вносились 1-2 раза, из расчета 5-7 т/га в год, преимущественно под пропашные культуры (картофель, корнеплоды). Примерно за 24-25 лет до закладки опыта участок подвергнут фосфоритованию. Для этого применялась фосфоритная мука, доза внесения составила 1,5 т/га. Ниже приведено описание почвенного разреза, заложенного в непосредственной близости от опытного участка.
Из генетических горизонтов отбирались почвенные образцы, в которых определяли агрохимические показатели и гранулометрический состав. Морфологические особенности почвы опытного участка: Апах – 0-24 см, - пахотный горизонт, темно-серый, супесчаный, структура непрочно-комковатая, сложение рыхлое, масса корневых остатков растений. Переход в следующий горизонт резкий по цвету; А2 – 24-35 см, - элювиальный горизонт, белесо-палевого цвета, супесчаный, увлажнен, бесструктурный, слегка уплотнен, по всему горизонту заметны охристые пятна, камни диметром до 2-3 см, переход постепенный по цвету; А2В – 35-60 см, - переходный от подзолистого к иллювиальному, неоднородный по цвету: от коричнево-красного до желто-коричневого, супесчаный, с большими затеками SiO2 , неоднородный по выраженности структуры, от бесструктурного в песчаных прослойках до комковато-глыбистого в остальной части, плотный, камни диаметром до 5 см, переход постепенный по цвету; В1 – 60-90 см, - иллювиальный, коричневый, супесчаный, влажный, плотный, комковато-глыбистый, небольшие затеки SiO2, по граням структурных от-дельностей заметна лакировка, переход постепенный по цвету; ВС – 90-100 см, - переходный к материнской породе, коричневато-красный, супесчаный, сырой, камни диаметром до 8 см, комковато-глыбистый, плотный, встречаются пятна сизого цвета, по граням структурных отдельностей заметна лакировка; С – 100-150 см, - материнская порода, представленная мореной, сырая, легкосуглинистая, коричнево-красная с сизыми пятнами, ниже 150 см сочится вода, камни диаметром до 25 см.
Название почвы опытного участка: дерново-среднеподзолистая освоенная глееватая супесчаная на флювиогляциальных отложениях, подстилаемых мореной.
Агрохимические показатели дерново-подзолистой супесчаной почвы свидетельствуют (таблица 1), что перегнойный горизонт содержал достаточно высокое количество гумуса – 2,20 %. Обеспеченность почвы подвижным фосфором высокая – 250 мг/кг, обменным калием средняя – 102 мг/кг почвы. Реакция почвенного раствора близкая к нейтральной (рНKCl – 5,9), степень насыщенности основаниями колебалась от 60 % в А2В до 83 % в почвообразующей породе.
Накоплению гумуса в пахотном горизонте способствовали вносимые органические удобрения, особенно когда в Тверской области в конце 70-80-х годов прошлого столетия широко использовались торфяные компосты, типа ТМАУ (торфо-минеральные аммиачные удобрения). В этот период в целом по области заготовка торфа для аграрной отрасли достигала 5 млн. тонн в год. В настоящее время заготовка торфа в целом по региону составляет около 50 тыс. тонн в год.
Приведенные данные по гранулометрическому составу показывают, что почва по всему профилю состоит преимущественно из крупного, среднего, а также мелкого песка, в гумусовом горизонте его доля составила 70,9 %, в материнской породе 63,3 %. (таблица 2). Снижение его количества вниз по профилю сопровождается постепенным увеличением мелко-пылеватой и особенно илистой фракций. Резких колебаний в других группах гранулометрического состава не наблюдается, за исключением элювиального горизонта А2.
В соответствии с темой диссертационной работы нами изучалось сравнительное влияние жидкого исходного навоза и его фракций, со свинокомплекса ОАО «Заволжское». На тот период общее количество свинопоголовья составляло около 100 тыс. голов. Свинокомплекс являлся одним из наиболее крупных в Российской Федерации. К сожалению, в 2012 году в хозяйстве было обнаружено заболевание – африканской чумы свиней, в результате чего около 40 тыс. голов пришлось ликвидировать. Однако, в результате соблюдения санитарных расстояний (разрывов) между свиноводческими корпусами, свыше 5 км, основное поголовье свиней удалось сохранить. В настоящее время свинокомплекс восстанавливает прежнюю численность животных, и ставят амбициозные цели по дальнейшему своему развитию. В частности, планируется осуществлять полную переработку мяса животных непосредственно в хозяйстве. Для решения поставленных в диссертационной работе задач, изучаемые фракции вносили в чистом виде и совместно с соломой.
Повторность в опыте 4-х кратная, размер делянки составлял 6 м2, что позволяет отнести опыт к мелкоделяночному. Делянки опыта располагались систематически с шахматным смещением вариантов в ярусе. Опытной культурой в первый год исследований была вико-овсяная смесь (овес сорта Буг, вика сорта Людмила), далее в звене севооборота во второй год выращивали озимую рожь сорта Татьяна, на третий – высевали ячмень сорта Нур. Озимую рожь и ячмень убирали на зерно, а однолетние травы – на зеленую массу.
Перед закладкой опыта был определен химический состав исследуемых органических субстратов (таблица 3). Данные таблицы 3 свидетельствуют, что применяемые фракции свиного навоза существенно отличаются между собой, ровно, как и от исходного навоза. Жидкая фракция имела ту же влажность, что и исходный навоз (98,6 %). В результате сепарирования уровень влажности твердой фракции составил (57,1 %). Максимальное содержание углерода органического вещества, как и следовало ожидать оказалось в твердой фракции навоза (46,57 %), что находилось на уровне соломы. Жидкая фракция содержит его гораздо меньше (35,10 %). Следует отметить высокое содержание азота (4,42 %) в абсолютно сухой массе жидкой фракции и калия (9,24 %). Наиболее широким соотношением С:N (30,2 %) обладала твердая фракция, тогда как в других фракциях исследуемых удобрений, оно варьировало от 7,9 до 9,9 %. Представленные в таблице показатели по соломе показывают, что она богата органическим веществом, бедна азотом, в результате чего отношение С:N весьма широкое (83,0 %).
Изменение состава органического вещества почвы под влиянием различных фракций свиного навоза
Внесение в почву удобрений уже в конце первого года своей трансформации вызвали увеличение содержания гуминовых кислот в составе органического вещества, на 0,3-5,9 % по отношению к контролю. Наиболее заметное возрастание оказалось на вариантах с внесением твердой фракции навоза, как в чистом виде, так и совместно с соломой в одинарной и двойной дозе. Минимальная прибавка ГК отмечена в почве с жидкой фракцией навоза. Из рассмотрения отдельных фракций ГК видно, что увеличение в основном касается 1-й фракции - свободной или слабо связанной с минеральной частью почвы. Наибольшее значение имеет 2-я фракция ГК, связанная с кальцием, но так как дерново-подзолистые почвы бедны им, то данная фракция имеет наименьшую долю в содержании гуминовых кислот. На 3-ю фракцию ГК приходится 11,8-13,1 %, что выше 2-й фракции на 3-4 %. По-видимому, это связано с тем, что в дерново-подзолистых почвах в изобилии содержатся полуторные окислы железа и алюминия, с которыми она и связана.
Внесенные удобрения меньше повлияли на изменение количества фульво-кислот (ФК). На ряде вариантов они, как и ГК, несколько возросли, однако их увеличение оказалось не заметным. Что касается динамики отдельных фракций ФК, то она происходила примерно везде одинаково. В результате произошедших изменений в содержании гумусовых кислот, в почве удобренных вариантов выявлено расширение отношения ГК:ФК с 0,84 на контроле, до 1,00-1,04 в почве с твердой фракцией навоза совместно с соломой. На фоне внесенных удобрений органическое вещество почвы приобретает четкую тенденцию изменения к фуль-ватно-гуматному типу.
По итогам первого года трансформации фракций свиного навоза в почве, как в чистом виде, так, и совместно с соломой видно, что улучшение состава органического вещества произошло в основном за счет повышения 1 фракции ГК. К сожалению, данная фракция не очень прочная, она подвержена процессам минерализации. Поэтому следовало ждать, что в последующий период она будет минерализоваться. Действительно, по результатам второго года действия удобрений можно отметить тенденцию в ее снижении, по сравнению с первым годом. Это объясняется слабым закреплением данной фракции минеральной частью почвы.
Поскольку процентное количество ФК осталось почти без изменения, то также можно говорить лишь о тенденции в сужении отношения ГК:ФК на 0,01-0,02. На вариантах с применением твердой фракцией навоза совместно с соломой в одинарной и двойной дозах произошло увеличение соотношения ГК:ФК на 0,05-0,1.
Одним из показателей состава органического вещества почвы является содержание в нем негидролизуемого остатка. В процессе окультуривания почв изменяется, как относительное, так и абсолютное содержание негидролизуемого остатка, который является стабильной частью гумуса. Увеличения содержания не-гидролизуемого остатка в проводимом нами опыте не выявлено. Это возможно связано с тем, что поступающие в почву в составе удобрений микроорганизмы подвергают разложению не только свеже образованные гумусовые соединения (ГК и ФК), но и негидролизуемый остаток. Можно предположить, что сам негид-ролизуемый остаток в дерново-подзолистых почвах представлен не очень устойчивыми фракциями гуминовых кислот, из полугумифицированных веществ, подвергаемых минерализации.
Таким образом, из представленных нами данных видно, что вносимые в дерново-подзолистую почву все фракции свиного навоза оказывают положительное влияние как на общее накопление в почве органического вещества, так и на его групповой и фракционный состав. Однако наиболее заметное улучшение гумусового режима происходило на фоне твердой фракции, из этого можно предположить, что накапливаемые на современных животноводческих комплексах большие объемы жидкого навоза, получаемые в процессе сепарирования целесообразнее использовать не в жидком виде, а с их участием готовить органические компосты. С одной стороны это позволит существенно увеличить общую заготовку органических удобрений, а также будет способствовать большему накоплению в почве органического вещества и улучшению его качественного состава. 3.3 Баланс органического вещества в пахотном слое дерново-подзолистой почвы при внесении различных фракций свиного навоза
Накопление органического вещества почвы в естественных фитоценозах в большинстве случаев преобладает над его разложением, в результате чего происходит возрастание гумуса и его количество становится стабильным (установившиеся запасы практически не изменяются). В результате ведения сельскохозяйственной деятельности на природных фитоценозах происходит в разной степени минерализация гумусовых веществ, в ходе чего высвобождаются питательные вещества, используемые выращиваемыми культурами, которые в конечном итоге отчуждаются из почвы с урожаем.
Роль органического вещества в формировании плодородия почвы весьма значительна, поэтому в условиях ведения интенсивного земледелия актуальное значение приобретает проблема баланса органического вещества пахотных почв. В дерново-подзолистых пахотных почвах Нечерноземной зоны особенно за последние два десятилетия наблюдается отрицательный баланс органического вещества. По усредненным данным пахотные почвы теряют около 1 т/га гумуса в год (Марчик, Ефремов, 2006). Бездефицитный баланс его достигается при насыщенности почвы органическими удобрениями, из расчета не менее 10-15 т/га (Ро-маненко и др, 1998; Барановский, 2001; Сутягин, 2007).
В наших опытах баланс органического вещества в почве проводился с учетом используемых органических субстратов и принятого чередования культур в звене севооборота. Возделываемые на опыте культуры различались по количеству растительных остатков и биохимическому составу органического вещества.
Для выявления баланса гумуса в почвах используются методы прямого определения по результатам полевых опытов и расчетные методы, основанные на установлении предполагаемого прихода и расхода гумуса с учетом коэффициентов минерализации и гумификации (Фокин, 1983, 1984). Мы проводили расчет баланса органического вещества по результатам его непосредственного определения, выполненного в 2011 и 2012 гг. Данный метод характеризуется достаточной точностью для установления влияния исследуемых удобрений и предшественников на пополнение запаса как органических, так и гумусовых веществ в почве. При проведении балансового расчета (таблица 10) все заложенные в него показатели брали по данным наших исследований (таблицы 7,9).
Динамика содержания калия
Структурно-агрегатное состояние почвы определяет оптимальные физические свойства почвы, ее плодородие. Структура служит характерным генетическим признаком почвы, так как является функцией факторов, определяющих почвенный тип, механический, химический состав, а также содержание и качество органического вещества.
Наличие хорошо выраженной структуры особо значимо для дерново-подзолистых почв в силу их генезиса. В почвах обладающих структурой в меньшей степени нарушается водный, воздушный и тепловой режимы, в них активизируются микробиологический и питательный режимы почв. Они лучше поддаются обработке, при этом не происходит переуплотнения пахотного слоя, в них обеспечивается лучшая аэрация, водопроницаемость, что способствует созданию условий для более эффективного развития корневой системы растений, позволяющей получить дополнительную прибавку урожая.
Структуру почвы классифицируют по форме на следующие типы: глыбистую, комковатую, ореховатую, зернистую, столбчатую, призматическую, плитчатую, пластинчатую, листоватую, чешуйчатую (Захаров, 1936).
Классифицируется структура почвы по величине структурных агрегатов: 1. Комки размером более 10 мм – глыбистая; 2. Комки от 10 до 0,25 мм – макроструктура (полевая агрономическая структура); 3. Комки менее 0,25 мм – микроструктура (Вершинин, 1958). Существуют два понятия почвенной структуры. Морфологическое – четко выраженная структура ореховатая, комковатая, пластинчатая, призмовидная, зернистая. Агрономическя – мелкокомковатая и зернистая структура с размером агрегатов от 0,5 до 10 мм. Подразделяется макроструктура на роды и виды:
Виды глыбистой структуры: крупноглыбистая размер агрегатов свыше 10 см, среднеглыбистая 10–5 см, мелкоглыбистая 3–1 см; комковатая структура на: крупнокомковатую 10–3 мм, среднекомковатую 3–1 мм, мелкокомковатую 1–0,5 мм; зернистую 0,5–0,25 мм; микроструктура или распыленная часть почвы размер частиц 0,25 мм.
Структура почвы имеет количественную и качественную характеристику. Количественным показателем является коэффициент структурности, который рассчитывается отношением суммы агрегатов 10-0,25 мм к сумме фракций 10 и 0,25 мм (Кст). Качественным показателем, определяющим агрономическую ценность агрегатов, относят водопрочность. С помощью нее оценивается способность почвенных агрегатов противостоять влиянию воды. Для оценки структурного состояния почв используют таблицу… Таблица 13 – Шкала оценка структурного состояния почв (по Долгову и Бахтину)
Основой образования структурных почв являются гуминовые кислоты, почвенные коллоиды, глинистое вещество, гидроксилы железа, алюминия, карбонат кальция. Образование водопрочных агрегатов чаще всего происходит под действием катионов Ca2+, Mg2+, Fe3+, Al3+. Если процесс формирования водопрочных агрегатов протекает при наличии одновалентных катионов Na+, необратимой коагуляции не происходит и прочной структуры не образуется. Под действием только минеральных соединений без участия гумусовых веществ образования водопрочной структуры не может быть. Поэтому необходимо постоянно вносить в почву органическое вещество. В качестве последнего могут быть многолетние травы, вносимые органические удобрения, а также следует пополнять почву известью, поскольку кальцию принадлежит очень важная роль в оструктуривании почв.
Проводимые нами исследования показали, что внесенные фракции свиного навоза оказывают агрегатирующее влияние на дерново-подзолистую супесчаную почву опытного участка (таблицы 14,15,16 и рисунок 10).
На момент закладки опыта (осень 2010 года) наибольшая доля агрегатов приходилась на почвенные частицы 0,25 мм (38,90 %), тогда как сумма агрегатов размером от 0,25 до 10 мм при сухом просеивании составляла 50,98 %. Структурно агрегатное состояние почвы характеризовалось как удовлетворительное, Кст составил 1,08. При оценке почвы опытного участка по результатам мокрого просеивания ее структурное состояние являлось неудовлетворительным.
В первый год трансформации удобрений произошло повышение Кст на всех удобренных вариантах по сравнению с контролем. Основной причиной этого явилось увеличение макроструктурных отдельностей и снижением микроструктурных компонентов за счет поступившего в почву с удобрениями органического вещества, способствующих повышению доли агрономически ценных агрегатов (10-0,25 мм).
Наилучшее оструктуривание почв произошло на вариантах с использование твердой фракции свиного навоза (Кст составил 2,03-2,48).
Применение жидкой фракции оказало меньший эффект, прослеживается наибольшее количество микроструктурных компонентов (26,01-28,76 %), при этом Кст составил (1,85-2,14), что выше контроля на 0,77-1,06. Промежуточное положение занимает исходный навоз, Кст на его фоне варьировал от 1,87-2,37. Изменение Кст зависело в основном от снижения микроструктурных отдельностей, что, скорее всего, связано с влиянием органических коллоидов оказывающих склеивающее действие, на распыленные частицы, переводя их в более крупные агрегаты. Стоит отметить, положительное агрегатирующее влияние на почву однолетних трав, хотя их действие не столь эффективное как, от использования органических удобрений.