Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Отношение растений к реакции почвенной среды и кальциевый режим дерново-подзолистых почв (обзор литературы) 7
1.1. Отношение сельскохозяйственных культур к реакции почвенной среды и известкованию почвы 7
1.2. Влияние известкования на плодородие почвы 10
1.3. Экологическая роль кальция 17
1.4. Вынос растениями и биологический круговорот кальция в агроценозах 21
1.5. Баланс кальция в почвах Нечерноземной зоны 26
ГЛАВА 2. Объекты, методы и условия проведения исследований 32
2.1. Схема и характеристика опыта 32
2.2. Характеристика ландшафтных условий 35
2.3. Методы исследований 37
2.4. Агроклиматическая характеристика района расположения опыта и погодные условия в период проведения исследований 38
ГЛАВА 3. Влияние известкования и удобрений на состав обменных катионов ппк, активность кальция, реакцию почвенной среды и содержание питательных веществ и тяжелых металлов в почве 42
3.1. Ёмкость катионного обмена и состав почвенно-поглощающего комплекса почвы 42
3.2. Состав ППК и степень насыщенности почвы основаниями 49
3.3. Активность кальция под культурами, возделываемыми бессменно и в севообороте. 54
3.4. Реакция почвенной среды под культурами, возделываемыми бессменно и в севообороте 59
3.5. Содержание подвижных форм фосфора и обменного калия 60
3.6. Содержание тяжелых металлов 63
ГЛАВА 4. Действие поддерживающего известкования на реакцию почвенной среды и урожайность полевых культур 71
4.1. Динамика кислотности почвы и урожайности полевых культур, возделываемых бессменно и в севообороте 71
4.2. Зависимость урожайности сельскохозяйственных культур от реакции почвенной среды и содержания мелкозема 75
ГЛАВА 5. Оптимизация кальциевого режима дерново-подзолистых почв 78
5.1. Биологический круговорот кальция в полевых севооборотах 78
5.2. Прогнозирование изменения реакции почвенной среды и баланса кальция в дерново-подзолистых почвах 87
5.3. Оптимизация кальциевого режима дерново-подзолистых почв 91
Выводы 96
Предложения производству 99
Список литературы 100
Приложения 122
- Влияние известкования на плодородие почвы
- Характеристика ландшафтных условий
- Состав ППК и степень насыщенности почвы основаниями
- Зависимость урожайности сельскохозяйственных культур от реакции почвенной среды и содержания мелкозема
Введение к работе
Приоритетными направлениями современной сельскохозяйственной науки являются решение продовольственных и экологических проблем, напрямую связанных с сохранением и повышением плодородия почв.
Для успешной реализации этих проблем необходимо научное и практическое обоснование современных технологий возделывания сельскохозяйственных культур и воспроизводства плодородия почв применительно к агроэкологическим и социально-экономическим условиям каждого региона, обеспечивающие повышения продуктивности севооборотов и сохранения окружающей среды.
Значительная часть пашни России расположена на дерново-подзолистых почвах, многие свойства которых неблагоприятны для роста и развития сельскохозяйственных культур, к которым относится высокая их кислотность. Изучение природы этих свойств и приемов их устранение, а также повышение их эффективности остается весьма актуальным вопросом для земледелия России.
Регулирование реакции среды и кальциевого режима почв под сельскохозяйственными культурами и в севообороте, является первым приемом повышения плодородия дерново-подзолистых почв и роста урожаев возделываемых культур в Нечерноземной зоне. Известкование является основным приемом устранения почвенной кислотности. На эффективность известкования влияют многие факторы, среди которых сроки внесения известковых удобрений, под какую культуру и обработку они вносятся.
Большой вклад в разработку научно-практических основ устранения кислотности почв внесли И.А. Стебут, Д.Н. Прянишников, O.K. Кедров-Зихман, Н.С. Авдонин, И.А. Шильников, А.Н. Небольсин, В.А. Величко, Л.Н. Лебедева и другие.
Природно-климатические условия и ресурсные возможности Нечерноземной зоны Европейской части России, а также сложившаяся структура посевных площадей, определили стратегическое значение
химизации сельского хозяйства. Химизация земледелия ведёт к росту урожайности сельскохозяйственных культур, вместе с этим усиливается вымывание применяемых удобрений, подкисление почв и некоторое загрязнение окружающей среды. Углубление наших знаний о превращении питательных элементов в агроэкосистемах, влиянии сельскохозяйственных культур и средств химизации земледелия на реакцию почвенной среды и кальциевый режим дерново-подзолистых почв позволит увеличить отдачу питательных веществ на единицу урожая и использование природных ресурсов.
Цель исследований - изучить и дать оценку влияния сельскохозяйственных культур, севооборота, известкования и удобрений на реакцию почвенной среды, состав почвенно-поглощающего комплекса, кальциевый режим дерново-подзолистых суглинистых почв и урожайность сельскохозяйственных культур.
В задачу исследований входило:
Выявить влияние сельскохозяйственных культур, возделываемых бессменно и в севообороте, а также известкования и удобрений на кислотность, состав ППК и кальциевый режим почвы;
Изучить действие сельскохозяйственных культур, возделываемых бессменно и в севообороте, а также известкования и удобрений на калийный и фосфатный режимы почвы;
Выявить влияние известкования и удобрений на содержание и мобилизацию тяжелых металлов под сельскохозяйственными культурами, возделываемых бессменно и в севообороте;
Изучить влияние насыщения севооборотов многолетними травами на биологический круговорот кальция в агроценозах и кислотно-основные свойства почвы.
Провести комплексную оценку влияния известкования и удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур, возделываемых бессменно и в севообороте.
6. Рассчитать баланс кальция и обосновать необходимость оптимизации реакции почвенной среды дерново-подзолистых почв в полевых севооборотах.
Научная новизна. Впервые в длительном полевом опыте (более 90 лет) установлены закономерности влияния сельскохозяйственных культур, возделываемых бессменно и в севообороте, известкования и удобрений на почвенно-поглощающий комплекс, реакцию почвенной среды и кальциевый режим дерново-подзолистой почвы. Также установлены отношение сельскохозяйственных культур к поддерживающему известкованию, масштабы биологического круговорота кальция в полевых севооборотах с различным насыщением многолетними травами и влияние их на реакцию почвенной среды и обменные основания, приведен прогноз подкисления почв; дана эколого-токсикологическая оценка влияния известкования и удобрений на содержание тяжелых металлов в почве.
Практическая значимость. На основании результатов исследований рекомендованы дозы и периодичность повторного известкования дерново-подзолистых легкосуглинистых почв поддерживающие реакцию почвенной среды благоприятную для роста и развития сельскохозяйственных культур, возделываемых в полевых севооборотах и обеспечивающие повышение их продуктивности.
Влияние известкования на плодородие почвы
Для регулирования почвенной среды и протекающих в кислой почве процессов исключительное значение имеет известкование. Как показали многолетние исследования, этот способ химической мелиорации оказывает большое влияние на целый комплекс физико-химических свойств почвы (Авдонин Н.С., 1976; Козловский Е.В., Небольсин А.Н. 1983; Шильников И.А., 1987). Он уменьшает плотность сложения почвы в пахотном и подпахотном горизантах, скважность аэрации, оструктуренность и в итоге снижает сопротивление почв при обработке орудиями. После известкования снижаются кислотность и фитотоксичных элементов - А1, Мп и Fe. Сдвиг реакции почвенной среды почвы зависит от дозы мелиоранта, а также от свойств почвы, и в первую очередь от ее буферности, которая определяется содержанием органического вещества, минеральных и органоминеральных коллоидов (Лызин А.А., 1964; Корнилов М.Ф., Небольсин А.Н., Семенов В.А., Козловский Е.В., Зяблов В.А., 1971; Скворцов В.Ф., 1975). Исследованиями Д.Л. Аскинази и С.С. Ярусова (1928) установлено, что при внесении извести в дозе по 0,25 гидролитической кислотности реакция почвы изменялась слабо, от полной дозы величина рН увеличивалась почти до нейтрального уровня, двойная доза изменяла реакцию среды в почве до слабощелочной. Впоследствии аналогичная закономерность изменения реакции среды под действием различных доз извести на дерново-подзолистых почвах была отмечена Ю. Калвайтене (1969), М.Ф. Корниловым, А.Н.Небольсиным, и др. (1971), В.Ф. Скворцовым (1975).
О продолжительности действия извести на реакцию почвенной среды в литературе неоднозначное мнение. Одни авторы утверждают, что действие извести достигает максимума первые два года. Затем наблюдается постепенное подкисление почвенного раствора (Прудников В.А., 1979, 1991; Шильников и др. И.А., 1981, 1982; Небольсин А.Н. и др., 1983). Положительное действие извести, внесенной в полной дозе, в зависимости от агроландшафтных условий проявляется в течение 8-Ю лет и более лет (Лебедева Л.А., 1976; Носко Б.С. и др., 1989; Ивойлов А.В. и др., 1993; Платонов И.Г., 2000; Аканова Н.И., 2001). Более обобщенные данные указывают, что при внесении 3-4 т/га извести ее действие продолжается 5-7 лет, а при внесении 6-8 т/га - до 15 лет. Наиболее продолжительное положительное действие известкования на урожай отмечается на элювиальных геохимических ландшафтах на дерново-подзолистых средне- и тяжелосуглинистых почвах. Так, например, в длительном полевом опыте ВНИИА, проведенном на Центральной опытной станции, полная доза известкового туфа обеспечила среднегодовую прибавку урожая в течение 3-х ротаций семипольного севооборота в размере 5,8 ц/га зерновых единиц (В.Ф.Скворцов, 1968). При известковании резко снижается или полностью устраняется обменная форма кислотности, обусловленная алюминием, значительно снижается гидролитическая кислотность почвы, изменяется состав почвенно-поглощающего комплекса (ППК).
Однако определенная часть гидролитической кислотности обусловленная протонами водорода в составе ППК, сохраняется даже при регулярном известковании (Ремезов Н.П., Щерба СВ., 1938; Кедров-Зихман O.K., 1939; Ярусов С.С., 1948; Авдонин Н.С., 1960,1963; Прянишников Д.Н., 1952; Калвайтене М.Ю. и Лянкшайте Э.П., 1969; Лебедева Л.А., 1973; Платонов И.Г.,2000). На нецелесообразность полной ликвидации гидролитической кислотности указывал, основоположник учения о ППК, К.К. Гедройц, так как при величине менее 2,5-2,0 мгэкв./ЮОг почвы, как правило, она безвредна для большинства растений. На величину гидролитической кислотности почвы и степень насыщенности основаниями влияют применяемые виды, формы и дозы удобрений (Горбылева А.И., 1998). Полные дозы извести обеспечивают на безвредном для растений уровне актуальную кислотность (обменную) и содержание подвижного алюминия даже через десятки лет, при этом достигается наибольший агроэкологический эффект от известкования. Так, по данным М.Ф. Корнилова, Н.А. Небольсина (1971) уже при рН почвы 5,0-5,2 алюминий почти полностью осаждается в форме гидрата окиси алюминия, растворимость которого крайне мала (0,001 мг на 1 л). При известковании происходит увеличение степени насыщенности основаниями ППК. В работах К.К. Гедройца (1921, 1935), С.С. Ярусова (1948), Н.С. Авдонина (1954), O.K. Кедров-Зихмана (1957), А.В. Соколова (1961), Э.К. Турбаса (1974), СИ. Поповой (1968), М.Г. Тараевой (1970), Ф.И. Левина (1972) показано, что увеличение степени насыщенности основаниями ППК зависит от дозы извести. В длительном полевом опыте, проводимом В.Ф. Скворцовым (1975) на дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве, установлено, что при внесении дозы СаСОз, соответствующей 28, 50, 76 и 100% гидролитической кислотности, степень насыщенности основаниями возрастала с 16% на контроле до 31, 45, 73 и 80% соответственно на вариантах с известью. По данным М.Г. Тараевой (1970) степень насыщенности основаниями от доз извести 0.5, 0.75 и 1.0 г.к. уже через год возросла с 23% до 74, 88, 90% соответственно. O.K. Кедров-Зихман (1957) считал, что для получения максимальных урожаев степень насыщенности основаниями должна быть значительно выше 70%, а в состав ППК наряду с катионами кальция должны входить магний, водород и другие катионы. В естественном биоценозе дерново-подзолистые суглинистые почвы характеризуются постепенным увеличением плотности с глубиной. Верхние органо-минеральные слои пахотных почв под воздействием корневой системы растений, деятельности мезофауны и в результате накопления гумуса также имеют более рыхлое строение по сравнению с нижележащими горизонтами. Исследования физических свойств освоенных подзолистых легкосуглинистых почв, проведенные ТСХА (Витязев В.Г., Кауричев И.С. и др., 1978) выявили, что в результате окультуривания подзолистые почвы приобретают благоприятное строение пахотного слоя для роста полевых культур: порозность почвы достигает 55-63%, а плотность поддерживается на уровне оптимального для возделывания зерновых культур. Известковые удобрения повышают водопрочность почвенных агрегатов т.к. кальций делает коллоиды более водопрочными (Виноградов В.И., 1955; Кириенко А.А., 1977). По данным Б.И. Лактионова (1991) химическая мелиорация увеличивала содержание водопрочных агрегатов (частиц 0,25 мм) по вариантам опытов на 2,7-4,4% и снижала плотность почвы в слое 0-30 см в среднем на 0,03-0,08 г/см и увеличила порозность на 1-3%. Под влиянием известкования достоверно увеличивается и емкость поглощения почвы, главным образом от прибавки содержания гумуса. Она может достигать 48% от исходной ёмкости поглощения почвы.
Характеристика ландшафтных условий
Длительный полевой опыт ТСХА заложен на южной окраине Клинско Дмитровской возвышенности, представляющую собой моренную полого- V холмистую равнину. Абсолютная высота территории 162 м, а превышение над водным зеркалом реки Москвы 60 м. Земельный участок опыта площадью 1,5 га, заложен на ровном склоне холма крутизной 1-2 северо-западной экспозиции. Грунтовые воды залегают на глубине 2,0-2,5 м. Территория сложена четвертичными моренными отложениями прослойками (10-22 см) юрских глин. Строение её двухчленное - верхний слой (40 - 50 см) представляет собой песчаный крупно-пылеватый суглинок, а нижний - до глубины 3 м - легкий и реже средний суглинок с прослойками и линзами (5 -20 см) песка. По всему профилю встречаются камни и гравий в виде валунов и щебня. Содержание скелетной части в пахотном слое опытного участка варьирует в большом интервале от 1,3 до 14,7%. О наличии, хотя и редком, карбонатов свидетельствует вскипание породы от НС1 на 3-ем метре. Почва - дерново-подзолистая легкосуглинистая, старопахотная (более 200 лет под пашней). Мощность пахотного слоя на всех делянках опыта в 2001 году составила 28-30 см, как правило, подстилается переходным элювиально-иллювиальным горизонтом. Содержание физической глины (частиц размером 0,01 мм) в пахотном слое составляет 25,4% (Ильменев СИ., 1934), 24,3% (Шаймухаметов М.Ш., 1963), 20,9% (Прудникова А.Г., 1973), ила (частицы размером меньше 0,001 мм) - 7,5- 9,2%. Почва опытного участка характеризуется высокой плотностью пахотного слоя 1,39-1,49 г/см3, низким содержанием органического углерода. Реакция среды на не-известкованных делянках среднекислая (рНксІ 4,65-4,66), t/ на вариантах без удобрений и NPK, близкая к нейтральной и нейтральная на фоне известкования. Сумма поглощенных оснований очень низкая, как на вариантах без известкования, так и по извести (табл. 3).
По содержанию подвижного фосфора почвы на вариантах без удобрений относятся к 3 (средней) группе обеспеченности 63-75 мг/кг, NPK и NHK+навоз к 5 группе 237 мг/кг и 6 группе 316 мг/кг. Содержание обменного калия на вариантах без удобрений низкое 46-54 мг/кг (2 группа), NPK повышенное 141-148 мг/кг (4 группа) и NHK+навоз высокое 201-210 мг/кг (5 группа). Таким образом, длительное применение минеральных и органических удобрений, а также известкование привело к значительному улучшению агрохимических свойств почвы. Программа наблюдений и учетов включала определение реакции почвенной среды, состава обменных оснований (Са2+, Mg2+, К+и Н+), активности и баланса кальция, содержание тяжелых элементов в дерново-подзолистой почве и изучение влияния известкования и удобрений на урожайность полевых культур. Все определения выполняли по соответствующим методикам, принятым в научных учреждениях. Отбор проб при лабораторных и полевых наблюдениях и учетах проводился выборочным методом. Репрезентативность выборки достигалась случайностью выбора, т.е. каждому объекту совокупность была обеспечена равной вероятности попасть в выборку. Содержание гумуса определяли по И.В. Тюрину (в модификации ЦИНАО) с фотоколориметрическим окончанием (ГОСТ 26213 - 84). Определение кислотности почвы (рНксі) проводили потенциометрическим методом в модификации ЦИНАО (ОСТ 4649 - 76). Содержания обменных кальция и магния фильтрате определяли на атомно- абсорбционном спектрофотометре марки ASS в 1н КС1 вытяжке при соотношении почва раствор 1:2,5 (ОСТ 26483-85). Гидролитическую кислотность определяли по Каппену в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26212-84). Обменную кислотность - потенциометрическим методом (ОСТ 4649-76). Определение степени насыщенности почв основаниями проводили расчетным методом. Содержание Р2О5 и КгО определяли по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26207-84). Валовое содержание тяжелых металлов определяли при разложении проб почвы HN03 (1:1). Подвижные формы в ацетатно-аммонийном буферном растворе с рН-4,8. Урожайность учитывали методом сплошной уборки поделяночно. Полученные данные обрабатывали методом дисперсионного и коррекляционно-регрессионного анализа для многофакторных опытов. Все лабораторные и аналитические работы проведены во ВНИИА имени Д.Н. Прянишникова. Климат Московской области умеренно-континентальный с умеренно холодной зимой и умеренно теплым летом, с устойчивым снежным покровом. Средняя годовая температура воздуха составляет +3,6С, среднесуточная температура зимой -9,5С, весной -3,2С, летом +16,8С и осенью +3,6С. Максимум достигается в июле, во второй декаде, и равен +36 С, минимум в январе -45С. Переход температуры через отметку +5С происходит 10 апреля и 10 сентября и соответствует составлению вегетации озимых зерновых культур и многолетних трав весной и прекращению вегетации осенью. Средняя температура воздуха на вегетативный период (май-сентябрь) равна +13,3С. Продолжительность безморозного периода 126-137 дней. Вегетативный период продолжается 171-177 дней с суммой температур за этот период 2250-2400С. Средне годовое количество осадков составляет 525 мм. Распределение осадков по временам года следующее: весна - 103 мм, лето -227 мм, осень - 116 мм и зима - 79 мм. Несмотря на достаточное количество осадков в летний период, в отдельные годы в мае и июне многие культуры страдают от нехватки влаги в почве.
Устойчивый снежный покров устанавливается в третьей декаде ноября. Максимальная высота снежного покрова равна 30-40 см (Агроклиматический справочник по Московской области. М., 1973). Погодные условия периода проведения исследований (2001-2005 гг.) были заметно теплее, а по количеству осадков были близки к среднемноголетним данным за столетний период. Так среднегодовая температура за столетний период составила +1,0С, а в годы проведения исследований была +6,1С (рис. 3). Колебания температуры в годы исследований в вегетационный период были незначительные, так средняя температура наиболее теплого месяца июля была в пределах от +19,2 С в 2004 г.до23ДСв2002году. Среднегодовое количество осадков в период исследований было близким к среднемноголетним (рис. 2). Среднегодовая сумма осадков за 1881-1980 годы составила 640 мм, за период 2001-2005 гг. - 700 мм. В 2001, 2003, 2005 годах среднегодовая сумма осадков была близка к средним за период проведения исследований, 2002 год отмечался как засушливый, а 2004 год характеризовался как наиболее влажный.
Состав ППК и степень насыщенности почвы основаниями
Дерново-подзолистые почвы характеризуются очень низкой (менее 30,0%) и низкой (30,1-50,0%) степенью насыщенности основаниями. В силу своих природных особенностей они легко подвержены изменению многих свойств, в том числе и степени насыщенности основаниями под действием антропогенных воздействий. Проведение мероприятий по повышению плодородия дерново-подзолистых почв (известкование, внесение навоза в рекомендованных дозах, соблюдение севооборотов, посев многолетних трав) способствует не только нейтрализации их кислотности, но и насыщению ППК основаниями. Эти мероприятия способствуют увеличению степени насыщенности основаниями почв до среднего (50,1-70,0 %) и повышенного уровня (70,1-90,0 %). Катионы кальция и магния входя в состав почвенно-поглощающего комплекса оказывают существенное влияние на кислотно-щелочные свойства почвенного раствора, условия формирования гумусового горизонта и питания растений, миграцию и аккумуляцию продуктов почвообразования по профилю почвы, а также на создание благоприятных для культурных растений агрофизических свойств. В период интенсивного земледелия под действием окультуривания, удобрений и известкования дерново-подзолистых почв произошли существенное повышение их плодородия. По результатам агрохимического мониторинга на реперньйс участках (2001) для большинства дерново-подзолистых почв степень насыщенности основаниями достигла 77-85 %. Однако в условиях повсеместного превышения осадков над испаряемостью при низкой емкости поглощения пахотного слоя происходит быстрый процесс обеднения этого слоя основаниями. Поэтому значительный интерес представляются данные о влиянии сельскохозяйственных культур возделываемых бессменно и в севообороте, известкования, а также длительного применения удобрений на степень насыщенности почв основаниями, так как с этим тесно связаны многие процессы и режимы почвы (табл. 6). Наблюдается, что сельскохозяйственные культуры положительно действуют на сумму обменных оснований и степень насыщенности ими почвы. За счет биологической аккумуляции под сельскохозяйственными культурами в пахотном слое дерново-подзолистой почвы произошло значительное накопление обменных оснований и снижение в почвенно-поглощающем комплексе протона. Так, сумма обменных оснований почв под озимой рожью, возделываемой бессменно в течение 90 лет без удобрений и без извести на 2,65 мг-экв/100 г почвы была выше, чем под чистым паром, а количество Н+ на 2,08 мг-экв/100 г почвы была ниже.
Такое же влияние на состав почвенно-поглощающего комплекса оказывают ячмень, клевер и картофель. По этой причине и степень насыщенности почв основаниями, также, была выше под сельскохозяйственными культурами по сравнению с черным паром. Если степень насыщенности основаниями под чистым паром без известкования была 37,4%, то под исследуемыми культурами она достигала 60,9-66,5%. Следует отметить, что клевер и озимая рожь, вследствие биологических особенностей, аккумулируют в верхнем слое почвы больше обменных оснований по сравнению с ячменем и картофелем. Таким образом, биологическая аккумуляция элементов сельскохозяйственными культурами приводит к увеличению в составе ППК обменных оснований, снижению протона водорода и росту степени насыщенности основаниями. При этом они различаются по масштабу накопления обменных оснований в пахотном слое. Известкование дерново-подзолистых почв способствует насыщению почвенно-поглощающего комплекса кальцием и магнием и снижению гидролитической кислотности. На вариантах с известкованием один раз в ротацию севооборота по полной норме извести степень насыщенности основаниями становилась повышенной и составляла 82,6% под клевером и 86,2% под озимой рожью. Минеральные удобрения остаются мощным фактором увеличения урожайности сельскохозяйственных культур в Нечерноземной зоне и повышения плодородия дерново-подзолистых почв и продуктивности севооборотов. По нашему мнению, является важным изучение их влияния на почвенно-поглощающий комплекс почвы и в частности на степень насыщенности основаниями. Выяснения этих вопрос изучали в севообороте и под отдельными культурами. Приведенные в таблице 7 данные показывают, что несмотря на увеличение суммы обменных оснований в почве, в среднем по севообороту отмечается тенденция снижения степени насыщенности основаниями при применении только минеральных удобрений по сравнению с контролем (без удобрений).
В тоже время степень насыщенности основаниями почв была выше на варианте NPK по сравнению с контролем под озимой рожью на 6,7%, картофелем - 5,9%, клевером - 3,2% и ниже под ячменем на 10,5%. Очевидно, что с урожаем ячменя отчуждается наибольшее количество обменных оснований по сравнению с озимой рожью, картофелем и клевером. Минеральные удобрения при известковании один раз в ротацию севооборота приводили к увеличению суммы обменных оснований и степени насыщенности основаниями почв под всеми культурами по сравнению с аналогичными вариантами без удобрений. Это мы связываем с ростом урожая сельскохозяйственных и более интенсивным вовлечением кальция и магния в биологический круговорот и закреплением их органно-минеральной частью почвенно-поглощающего комплекса пахотного слоя.
Зависимость урожайности сельскохозяйственных культур от реакции почвенной среды и содержания мелкозема
Урожайность сельскохозяйственных культур во многом определяется погодными условиями, которые могут маскировать влияние почвы. Так в географических опытах в Западной Европе колебания по годам в урожайности зерновых на 58% были детерминированы погодными условиями и лишь на 16% различиями плодородия почв. Структурные взаимосвязи между свойствами почв в значительной степени определяют их плодородие и адекватность реакций на внешние воздействия. Для выявления взаимосвязей целесообразно, как это общепринято в мировой литературе, четко разграничить диагностику потенциального плодородия почв и оперативную диагностику применительно к данному году. Модели плодородия почв определяются оптимальным сочетанием их свойств, процессов и режимов, необходимых для достижения максимальной биопродуктивности угодий, оправданной с экономической и экологической точек зрения. При этом между отдельными свойствами, процессами и режимами существуют определенные взаимосвязи, когда изменение одного показателя обуславливает закономерное изменение других показателей. Эти связи могут быть временными и постоянными, между статическими свойствами почв и факторами почвообразования; связи могут быть функциональными и не функциональными и т.д. Для характеристики подобных связей оценивают их тесноту, которая характеризуется коэффициентом корреляции, форму связи, которая описывается различными математическими уравнениями. Для того чтобы дать количественную характеристику связи, применяют уравнения регрессии, важнейшими параметрами которых являются коэффициенты регрессии. Кроме того, в этом вопросе важную роль играет оценка постоянства связей, под которой подразумевают, изменение связи во времени. Необходимо отметить, что почвы характеризуются также определенными закономерностями изменения связей между одними показателями при изменении других показателей или внешних факторов; связью свойств и процессов в верхних и нижних горизонтах почв и т.д. величина рНвод и содержание мелкозема в почве, взятые для расчетов регрессионной модели по вариантам опыта по фону известкования и без извести.
То есть урожайность в этих почвах при равных других условиях в большой степени зависит от кислотности, чем от содержания мелкозема. Коэффициент регрессии показывает, что в случае не известкованной почвы 90,4% изменений урожайности картофеля обусловлено изменениями изучаемых условий, а 9,6% изменений урожайности связано с изменением других факторов, для известкуемой почвы - 93,0% изменений урожайности картофеля связано с изменениями изучаемых условий, а 7% с изменениями других факторов. Емкость и интенсивность биологического круговорота в агроценозе зависит от возделываемых культур в севообороте и их урожайности. В таежно-лесной зоне важное место в поддержании и повышении плодородия пахотных почв отводится многолетним травам. Насыщение севооборотов многолетними травами способствует стабилизации структуры и оптимизации плотности и строения пахотного слоя, а также увеличению содержания гумуса и улучшению питательного режима полевых культур. При травопольной системе земледелия многолетним травам отводится главная роль в поддержании плодородия почв, в структуре полевых культур они занимали до 50% площади севооборота. Как было отмечено в обзоре литературы, сельскохозяйственные культуры выносят неодинаковое количество элементов питания из почвы и оказывают различное влияние на кислотно-основные, катионообменные свойства почв и биологический круговорот химических элементов. Известно, что с урожаем многолетних трав из почвы выносится большое количество кальция. Естественно, что круговорот этих элементов в почвах в большой степени зависит от состава возделываемых культур в севообороте и степени насыщенности его многолетними травами (Штиканс Ю.А., 1977; Шильников И.А., Лебедева Л.А., 1987; Кулаковская Т.Н., 1990). Биологический круговорот кальция в севооборотах разной специализации значительно различается, что обусловлено прежде всего их биологией и неодинаковой требовательностью сельскохозяйственных культур к элементам питания. Например, содержание кальция значительно выше в соломе и корнях, чем в зерне зерновых культур. По содержанию калия, кальция, магния ботва картофеля значительно превосходит вегетативные органы злаков. Клеверо-тимофеечная смесь, вследствие особенностей биологического круговорота веществ, аккумулирует в верхнем слое почвы зольные элементы питания. Несмотря на многочисленные исследования по вопросам биологического круговорота веществ в естественных биоценозах и агроценозах в настоящее время в научной литературе недостаточно сведений о влиянии многолетних трав на кислотно-основные, катионнообменные свойства дерново-подзолистых почв и круговорот кальция в севооборотах таежно-лесной зоны. Влияние многолетних трав на биологический круговорот кальция, кислотно-основные, катионнообменные свойства почв изучали в четырех видах восьмипольных севооборотов, в разной степени насыщенных травами (исследования входили в серию опытов по повышению плодородия дерново-подзолистых почв, проведенных в НИИСХ ЦРНЗ: Ячмень -
Корнеплоды -Вико-овсяный пар - Озимая пшеница - Овес - Ячмень - Вико-овсяный пар -Озимая рожь (зернопропашной); Ячмень - Корнеплоды - Вико-овсяный пар -Озимая пшеница - Овес с подсевом мн. трав - Многолетние травы 1 г.п. -Многолетние травы 2 г.п. - Озимая рожь (зернотравянопропашной); Ячмень с подсевом мн. Трав - Многолетние травы 1 г.п. - Многолетние травы 2 г.п. -Озимая пшеница - Овес - Ячмень - Викоовсяный пар - Озимая рожь (зернотравяной); Ячмень с подсевом мн. трав - Многолетние травы 1 г.п. -Многолетние травы 2 г.п. - Озимая пшеница - Овес с подсевом мн. Трав -Многолетние травы 1 г.п. - Многолетние травы 2 г.п. - Озимая рожь (травопольный). Опыт заложен в 1979 году в четырехкратной повторности с учетной площадью 72 м на дерново-слабоподзолистой среднесуглинистой почве. Многолетние травы представлены смесью клевера красного и тимофеевки луговой с нормой высева, соответственно, 12 и 8 кг/га. В опыте вносились рекомендуемые для зоны дозы органических и минеральных удобрений (табл. 22). Исследованные виды севооборотов на закладках не различались количеством и способом внесенного в почву навоза (1 закладка - 80 т/га, 2-60 т/га и 3 - 100 т/га).
