Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса 10
1.1 Органическое вещество и гумусовое состояние почв 10
1.1.1 Органическое вещество почвы 10
1.1.2 Лабильное органическое вещество почвы 17
1.1.3 Гумусовое состояние дерново-подзолистых почв 21
1.2. Влияние систем удобрений на гумусовое состояние почв 27
1.2.1 Влияние растительных остатков и органических удобрений на гумусовое состояние почв 27
1.2.2 Влияние агрохимикатов на гумусовое состояние почв 34
1.3 Методы изучения состава органического вещества почвы 37
1.3.1 Методы определения общего (валового) содержания органического вещества (гумуса) 38
1.3.2 Методы определения лабильных форм органических веществ 43
1.3.3 Биоэнергетическая оценка гумусовых веществ почвы 46
2 Место, условия, объекты и методика проведения исследований 48.
2.1 Место и условия проведения исследований 48
2.2 Объекты и методика проведения исследований 50
2.3 Методика наблюдений и анализов 57
2.4 Метеорологические условия вегетационных периодов 60
3 Влияние систем удобрений на содержание лабильного органического вещества в дерново-подзолистых почвах 63
3.1 Влияние глубины заделки соломы и доз азотных удобрений на содержание лабильных форм гумуса в почве 60
3.2 Влияние минеральных удобрений и навоза на содержание лабильных форм гумуса в почве 68
4 Влияние систем удобрений на фракционный состав гумуса и его запас в дерново-подзолистых почвах 76
4.1 Влияние систем удобрений на фракционный состав гумуса 76
4.1.1 Влияние известкования, доз минеральных удобрений и навоза на фракционный состав гумуса 77
4.1.2 Влияние сидератов, соломы и способов их заделки на фракционный состав гумуса 81
4.2 Влияние систем удобрений на распределение гумуса в почве и его запас 87
5 Совершенствование оксидометрического метода определения содержания органического вещества в почвах 95
5.1 Оценка влияния элементов технологии анализа на величину погрешности испытания 98
5.2 Рекомендуемая технология выполнения анализа по определению содержания органического вещества в почвах по методу И.В. Тюрина в модификации В.Н. Симакова 110
6 Энергосодержание гумусовых веществ почв. оценка эффективности систем удобрений 116
6.1 Сравнительная оценка расчетных методов определения энергоемкости органического вещества почвы 116
6.2 Влияние систем удобрений на запас энергии в органическом веществе почвы 121
6.3 Агрономическая, экономическая и энергетическая оценка систем удобрений при возделывании сельскохозяйственных культур в зернопропашном севообороте 124
Выводы и рекомендации производству 128
Список использованных источников 131
Приложения 158
- Гумусовое состояние дерново-подзолистых почв
- Влияние глубины заделки соломы и доз азотных удобрений на содержание лабильных форм гумуса в почве
- Влияние систем удобрений на распределение гумуса в почве и его запас
- Сравнительная оценка расчетных методов определения энергоемкости органического вещества почвы
Введение к работе
Актуальность исследований. Наиболее значимым показателем плодородия земель являются гумусовые вещества, которые определяют особенности функционирования свойств и режимов почв, влияя прямо или косвенно на продуктивность сельскохозяйственных культур. Гумусированность агроземов связана не только с генезисом определенных типов почв, вовлеченных в пашню, но и в значительной степени с хозяйственной деятельностью предприятий. Изучение влияния извести, органических удобрений и агрохимикатов на количественный и качественный состав гумуса дерново-подзолистых почв наиболее полно раскрывается в исследованиях, проводимых только в длительных опытах, и имеет большое научное и практическое значение.
К настоящему времени предлагаются различные методы и подходы к изучению гумусового состояния, которые позволяют установить агрономическое значение отдельных компонентов органического вещества почвы. Тем не менее, на сегодняшний день не решена проблема оптимизации гумусового состояния почв, не разработаны оптимальные параметры количественного и качественного состава органического вещества, обеспечивающие получение высоких и стабильных урожаев сельскохозяйственных культур.
Номер государственной регистрации темы исследований 01.82.0091916.
Цель и задачи исследований.
Цель исследований - изучить влияние различных систем удобрений на гумусовое состояние дерново-подзолистых суглинистых почв, используя современные методы исследований органического вещества и выявить его связь с продуктивностью сельскохозяйственных культур в севооборотах.
В соответствии с целью исследований были поставлены следующие задачи:
Установить влияние способов заделки соломы и сидератов на количественные и качественные характеристики гумусовых веществ почвы.
Выявить действие систем удобрений на содержание, динамику, распределение по профилю и запас гумуса и лабильного органического вещества (ЛОВ) в дерново-подзолистых почвах
Исследовать длительное действие извести, органических и минеральных удобрений на фракционно-групповой состав гумуса дерново-подзолистых почв.
Определить связь урожайности сельскохозяйственных культур с количественными параметрами гумусового состояния почв.
Оценить методы исследований органического вещества почвы с целью их применения для характеристики плодородия дерново-подзолистых суглинистых почв.
Рассчитать энергоемкость гумусовых веществ дерново-подзолистых суглинистых почв и влияние системы удобрений на данный показатель.
Установить агрономическую, экономическую и энергетическую эффективность возделывания сельскохозяйственных культур в зернопропашном севообороте при различных системах удобрения.
Научная новизна.
Впервые для условий Среднего Предуралья изучено влияние способов заделки соломы и сидератов на содержание ЛОВ и гумуса в почве. Исследованиями выявлены результаты длительного действия извести, органических и минеральных удобрений на фракционно-групповой состав и запас гумуса в дерново-подзолистых суглинистых почвах. Впервые рассчитаны энергетические параметры количественных показателей гумусового состояния дерново-подзолистых суглинистых почв для условий Среднего Предуралья - запасов гумуса и лабильных форм органического вещества. Установлена связь урожайности сельскохозяйственных культур с содержанием гумуса и ЛОВ.
Практическая значимость и реализация результатов исследований.
На основе экспериментальных данных предложены системы удобрений в полевых севооборотах, обеспечивающие оптимальное гумусовое состояние дерново-подзолистых почв.
Рекомендована система удобрений сельскохозяйственных культур в зернопа-ровом севообороте, обеспечивающая высокую агрономическую, энергетическую и экономическую эффективность производства продукции растениеводства.
Результаты исследований могут быть использованы при разработке систем удобрений в адаптивно-ландшафтных системах земледелия, для увеличения содержания органического вещества в дерново-подзолистых суглинистых почвах в условиях Среднего Предуралья.
Исследованиями установлены причины и величины систематической и случайной погрешностей определения содержания общего органического вещества в почве по методу Тюрина в модификации Симакова, предложены приемы для повышения точности и сходимости результатов анализа.
Полученные экспериментальные данные используются в учебном процессе по агрономическим дисциплинам при подготовке и переподготовке специалистов сельского хозяйства в ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА.
Положения, выносимые на защиту.
влияние способов заделки соломы и сидератов на количественные и качественные характеристики гумусовых веществ почвы;
длительность действия извести, органических и минеральных удобрений на фракционно-групповой состав, запас гумуса и лабильного органического вещества дерново-подзолистых суглинистых почв;
связь урожайности сельскохозяйственных культур с количественными параметрами гумусового состояния почв;
усовершенствование методики определения содержания общего органического вещества в почве по методу Тюрина в модификации Симакова;
энергетическая оценка гумусового состояния дерново-подзолистых суглинистых почв;
агрономическая, экономическая и энергетическая эффективность возделывания сельскохозяйственных культур в зернопропашном севообороте при различных системах удобрения.
Апробация работы и публикации результатов исследований.
Основные результаты исследовательской работы доложены на Всероссийских научно-практических конференциях в ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА (2000, 2002, 2003, 2004, 2006, 2008), ФГОУ ВПО Санкт-Петербургский ГАУ (1999), ФГОУ ВПО Пензенская ГСХА (2008), Международной научно-практической конференции в ФГОУ ВПО Нижегородская ГСХА (2008), Международной конференции молодых ученых и специалистов в ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова (2009). По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 3 - в журналах, включенных в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий ВАК.
Объем и структура работы.
Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, выводов и рекомендаций производству, списка использованных источников (343 наименований, из них 19 — на иностранных языках), 23 приложения. Основной материал изложен на 157 страницах компьютерной верстки, включает 41 таблицу и 8 рисунков.
Гумусовое состояние дерново-подзолистых почв
Гумусовое состояние почв — это совокупность показателей, характеризующих содержание гумуса, его распределение по профилю, качественный состав и запасы (Ковриго В.П., и др., 2008). Для оценки количества гумуса используют: содержание гумуса в верхнем горизонте (в %), его изменение по профилю почв и запасы (в т/га). Основными показателями качественного состава являются: распределение гумуса по профилю, отношение СГК : СФК (тип гумуса), содержание отдельных групп (групповой состав) и фракций (фракционный состав), насыщенность гумуса азотом (в %), оптическая плотность вытяжек и ряд других (Орлов Д.С., Гришина Л.А., 1981; Почвоведение ..., 2002; Орлов Д.С. и др., 2005; Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., 2005).
Дерново-подзолистые почвы характеризуются низким и очень низким уровнем содержания органического вещества (1-4 %), резко убывающего по профилю (Адрианов СИ., 1990; Копысов И.Я., 2002; Холзаков В.М., 2006; Ковриго В.П., и др., 2008; Савич В.И. и др., 2005; Сычев В.Г., Кузнецов А.В., 2005). Так пахотные почвы Удмуртской Республики по состоянию на 2000 г. в среднем содержат всего 2,2 % органического вещества (Научные основы ..., 2002). Более высоким содержанием органического вещества выделяются почвы, расположенные в восточной части таежно-лесной зоны (Шишов Л.Л., 1987).
Благоприятным для дерново-подзолистых почв Удмуртской Республики считается содержание гумусовых веществ 1,6-2,5 % — легкого гранулометрического состава, 2,5-3,0 - суглинистых (Ковриго В.П., 2005). Некоторые исследо ватели считают оптимальным содержание гумуса в дерново-подзолистых почвах 4,0 % и более (Карманов И.И., 1980; Орлов Д.С., 1981). Однако поддержание такого уровня не обосновано с экономической точки зрения (Kerschens М., Schulz М., 1999). Планируемый уровень содержания гумуса даже при интенсивном окультуривании не должен превышать величин, характерных для данного типа почвы (Кулаковская Т.Н., 1982). Поэтому следует учитывать оптимальный уровень содержания органического вещества в почве не только с агро-экологической точки зрения - создание благоприятных условий для формирования наивысшей продуктивности сельскохозяйственных культур, но и с агро-экономической - получение наибольшей прибавки урожая (Kerschens М., Schulz М., 1999).
Многими исследователями отмечается, оптимальная гумусированность связана с гранулометрическим составом почв и ее минералогическим составом (Панников В.Д., Минеев В.Г. , 1987; Никитин Б. А., 1982; Болотина Н.И., 1976; Козин В.К., 1991; Kerschens М., Schulz М.,1999; Когут Б.М., 2003).
Ранее Почвенным институтом обосновывалось выделение трех классов содержания гумуса: минимальное, оптимальное и максимальное (Дьяконова К.В., 1988). Величину содержания гумуса, позволяющую получить программируемую урожайность с учетом биоклиматического потенциала, автор называет оптимальным. Максимальное - уравновешенное содержание гумуса при повышенных дозах органических удобрений (для дерново-подзолистых суглинистых -3,0 %). При минимальном содержании в почве происходит стабилизация содержания гумуса в результате прекращения его минерализации. Эта величина связана с содержанием физической глины через соответствующий коэффициент. Поэтому в почве с минимальным количеством гумуса он целиком представлен консервативной формой, прочно связанной с минеральной частью - для суглинистых разновидностей он составляет примерно 1,5 - 1,6% гумуса; для песчаных- 1,0 - 1,15% гумуса (Kerschens М., Schulz М.,1999; Расширенное воспроизводство ..., 1993; ДергачеваМ.И., 2005). Расхождение в рекомендуемых градациях обусловлено недостаточной изученностью взаимосвязей содержания гумуса и урожайности сельскохозяйственных культур. Так Т.Н. Кулаковская (1978) приводит данные, указывающие на рост окупаемости минеральных удобрений в 2,5-3 раза на более гуму-сированной дерново-подзолистой почве.
В вегетационных опытах кафедры земледелия ТСХА, выявлено, что при повышении гумусированности дерново-подзолистой суглинистой почвы в 3 раза (от 0,53 до 1,57 % С) урожайность полевых культур (овса, ячменя, кукурузы на силос) на фоне высоких доз минеральных удобрений удваивалась (Лыков A.M., 1985). В данном случае использованы почвы с гумусом разного качества: бессменного пара с низким содержанием активного органического вещества, и многолетней залежи, обогащенной им. В других опытах при увеличении содержания гумуса в дерново-подзолистой суглинистой почве от 1—2 до 6-7% урожай зеленой массы кукурузы увеличивался с 30 до 48 т/га. Прибавка была наибольшей при увеличении содержания гумуса от 1-2 до 2—3%. Следует отметить, что довольно высокая урожайность (30 т/га) была получена при содержании гумусовых веществ всего 1-2%о (Карпухин А. И. и др., 1985).
Многие исследователи констатируют существенную связь урожайности сельскохозяйственных культур с содержанием органического вещества в почвах (Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., 1985; Шарков И.Н., 1987; Лебедева И. Н., 1989; Жуков А.И, 1990, 1991; Гаврилюк Ф.Я., 1991; Kerschens М., Schulz М.,1999 и др.). Так, А.И. Еськов с соавторами (2005) установили возрастание средней продуктивности культур севооборота с 1,84 до 3,17 т з. ед./га при увеличении содержания гумуса в дерново-подзолистой почве с 0,8 до 3,2 %.
Однако во многих опытах установлено слабое влияние гумусированности почв на урожайность культур (Шарков И.Н., 1987; Жуков А.И, 1991). По данным СМ. Надежкина (2005) содержание валового органического вещества почвы имеет слабую связь с урожайностью сельскохозяйственных культур - коэффициент корреляции всего 0,07-0,32. Так в условиях микрополевого опыта установлено, что увеличение содержания гумуса в дерново-подзолистой суглинистой почве с 1,6 до 3,1 % достоверно повышало урожайность только лишь в вариантах без удобрений и с низкими дозами удобрений (Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., 1985; Борисов Б.А., 1986). Улучшение питания растений при применении минеральных и органических удобрений на разногумусированных почвах выровняло урожайность. Аналогичные данные получены и другими исследователями (Шарков И.Н., 1987; Жуков А.И, 1990, 1991). Причиной этого является то, что взаимосвязь между содержанием гумуса в почвах и урожайностью при интенсификации земледелия ослабевает, поскольку уменьшается его роль как источника минеральных элементов питания растений (Лебедева И. Н., 1989). Л.А. Державин (1986) на основе результатов двулетних исследований пришел к выводу, что уровень содержания общего гумуса в дерново-подзолистой супесчаной почве 0,8-1,0 % С достаточный для получения высоких урожаев зерновых культур (4,12-4,36 т/га). При этом содержание лабильного гумуса находилось в пределах 1200-1500 мгС/кг почвы. По данным немецких ученых М. Кершенса и М. Шульца (1999) содержание лабильного гумуса экстрагируемого горячей водой 20-25 мгС/100 г считается низким, 30-40 мгС/100 г - высоким.
В освоенных дерново-подзолистых почвах содержание органического вещества в пахотном слое по сравнению с гумусовым горизонтом целинных почв снижается, но его запасы в слое 0-50 см остаются на уровне лесных, несмотря на уменьшение в 1,5—2 раза поступления источников гумуса. Это связано с улучшением условий гумусообразования в пахотных дерново-подзолистых почвах по сравнению с лесными аналогами: более мощный пахотный (гумусовый) слой; пожнивные остатки поступают внутрипочвенно; в пожнивных остатках содержится больше кальция и магния, что способствует повышению коэффициента их гумификации; лучше условия для закрепления образующегося гумуса; в пахотных почвах происходит изменение гидротермических условий в сторону усиления контрастности режима влажности (Державин Л.А., 1986; Макаров И.П., 2002).
Резкое снижение содержания гумуса в пахотном горизонте освоенных почв по сравнению с гумусовым горизонтом целинных связано с перераспределением гумуса в большем объеме почвы и усилением минерализации нестабильной его части за счет увеличения аэрации. Запасы гумуса в двадцатисантиметровом слое ненарушенных дерново-подзолистых почв составляют около 50 % от валовых запасов в метровом слое, изменяясь в пределах 18-109 т/га (Кононова М.М., 1963; Никитин Б.А. и др., 1978; Володарская И.В., Канзываа CO., Завьялова Н.Е., 2005).
Влияние глубины заделки соломы и доз азотных удобрений на содержание лабильных форм гумуса в почве
Метеорологические условия в годы исследований в полевых опытах (2005-2008 гг.) были различными по температурному режиму и влагообеспеченности (таблица 6).
Вегетационный период 2005 г. в целом характеризовался теплым и засушливым в начале и холодным и дождливым в середине. Снеготаяние в апреле 2005 года было на неделю позднее обычного, дружное, но без большого разлива из-за отсутствия промерзания почвы. Апрель был в целом теплее на 2,8 С с осадками 40 % от нормы (таблица 6). Агроклиматические условия весны 2005 г. были благоприятными для активизации почвенных процессов и в первую очередь минерализации органического вещества. Май характеризовался сухой и жаркой погодой, было теплее обычного на 3,8 С. За весь месяц выпало 49 % от среднемноголетнего количества осадков, существенные осадки начались с 27 числа.
Июнь характеризовался прохладной и влажной погодой. Среднесуточная температура воздуха составила 15,5 С, что ниже на 1,3 С средних многолетних данных. За месяц выпало 238 % осадков по сравнению с сред-немноголетними данными, при этом наблюдалось равномерное выпадение их по декадам, что способствовало вымыванию лабильной фракции органического вещества почвы. Июль характеризовался умеренно теплой погодой. Среднесуточная температура была близка к многолетним данным. В июле на опыте осадки прекратились во 2-й декаде, в целом сумма осадков составила 166 %. Август и сентябрь характеризовались теплыми и сухими погодными условиями.
Вегетационный период 2006 г. значительно отличался от среднемно-голетних показателей. В апреле резко потеплело во второй декаде. В мае отмечена теплая и влажная погода, было теплее обычного на 1,6С, с осадками в 2,2 раза выше нормы. В июне среднемесячная температура воздуха была выше по сравнению с многолетними данными на 3,2С с резким дефицитом осадков в I и III декадах. Среднемесячная температура июля была ниже нормы на 1,5 С, а количество осадков превысило на 39 %, в этот месяц закономерно выпадает максимальное количество осадков. Почва в июле сильно высохла и сильно уплотнилась, что способствовало процессам гумификации. Избыток осадков появился только в III декаде июля и в Ш декаде августа. Среднемесячная температура воздуха в августе оставалась на уровне нормы. В целом вегетационный период 2006 года был теплым со значительным количеством осадков в начале и в конце вегетации, что способствовало как гумификации, так и минерализации гумуса.
Вегетационный период 2007 г. в целом характеризовался теплым и дождливым. Однако первая декада мая характеризовалась как холодная, температура воздуха была на уровне 6,5 С, что ниже среднемноголетних данных в 1,8 раза, а П и Ш декады были теплее нормы на 3,0 и 6,8 С выше среднестатистических данных. В течение вегетации с III декады апреля по июль значительно превышало среднее многолетнее количество осадков, что способствовало формированию промывного водного режима на опытных участках. Самый влажный был июль - 137,6 мм, что в 1,94 раза больше нормы. Только в августе количество осадков незначительно отличалось от среднемноголетних данных.
Вегетационный период 2008 г. в целом характеризовался как холодный и неустойчивый и очень контрастный по увлажнению. Апрель 2008 года отличался малым количеством осадков и более ранним наступлением физической спелости почвы (табл. 2). Май отмечен дефицитом осадков в I декаде с температурой около нормы. В III декаде мае и I декаде июня -прохладно со слабыми заморозками. Осадки отсутствовали с 8 июня до 2 июля, с 12 по 26 июня удерживалась жаркая погода.
Обильные осадки ливневого характера выпадали с 3 по 12 июля, затем стало сухо и тепло при температурах выше средних многолетних за месяц на 1,5 С. Первая декада августа отмечена избытком осадков, вторая -их отсутствием.
Таким образом, метеоусловия в годы исследований были разнообразными, что характерно для климата Среднего Предуралья.
Влияние систем удобрений на распределение гумуса в почве и его запас
В силу генетических особенностей содержание гумуса в дерново-подзолистых почвах резко убывает уже в слое 20-40 см, где, как правило, располагается подзолистый (А2) и переходный к иллювиальному (А2В) горизонты. Содержание общего органического вещества в данном слое в среднем в 2 раза меньше чем в верхнем пахотном слое. Длительное применение минеральных и органических удобрений приводит к изменению распределения гумусовых веществ в профиле почвы (таблица 18). В слое почвы 20-40 см содержание валового органического вещества снизилось в два раза по сравнению с верхним слоем. Содержание валового органического вещества в слоях 40-60 и 60-100 см слабо отличалось - стабилизировалось на уровне около 0,14 % С.
Длительное применение удобрений существенно повлияло на запас валового органического вещества и его распределение по почвенному профилю (таблица 19). Установлено, что около половины запаса гумуса метрового слоя дерново-подзолистых почв сконцентрировано в верхнем 20-тисантиметровом слое.
Одностороннее известкование почвы не изменило достоверно запас гумуса в слое почвы 0-100 см. Однако при этом наблюдается аккумуляция гумусовых веществ в большей степени в пахотном горизонте - 55,8 % при 49,5 в контрольном варианте. При длительном применении минеральных удобрений выявлено пропорциональное возрастание гумусовых веществ, как в пахотном, так и в подпахотном слое почвы.
Эффективность органической системы удобрения при насыщенности 10 т/га невысокая - применение агрохимикатов обеспечивает более высокий уровень гумусированности почвы. Причиной этого является более высокая урожайность сельскохозяйственных культур в вариантах с минеральными удобрениями и, соответственно, большее поступление растительных остатков в виде пожнивно-корневых остатков. Наиболее высокие запасы гумуса в почве установлены при применении органо-минеральной системы удобрения. Однако снижение доз органических удобрений до 20 т/га (насыщенность 5 т/га) существенно уменьшает накопление гумусовых веществ.
Определение ЛОВ производили в вытяжке 0,1 н NaOH при рН=10, а не 0,4 н Na4P207 (рН=7) как в предыдущих исследованиях. Между этими двумя показателями наблюдается тесная корреляционная связь прямолинейного характера - R=0,93 (приложение В). При этом уравнение регрессии имеет вид:
У=0,5086 X + 0,0226, где
У - содержание ЛОВ в 0,4 н Na4P207 (рН=7), % С; X - содержание ЛОВ в 0,1 н NaOH (рН=10), % С.
Таким образом, количество гумусовых веществ, извлекаемых 0,4 н Na4P207 (рН=7) в два раза меньше экстрагируемых 0,1 н NaOH (рН=10).
Закономерности изменения накопления лабильных форм гумусовых веществ почвы при длительном применении удобрений аналогичны запасам гумуса (таблица 19).
Следует отметить, что известкование дерново-подзолистых почв приводит к значительному снижению лабильных форм гумусовых веществ по всему профилю почвы. В то же время, минеральная система удобрения обеспечивает более высокие запасы лабильного органического вещества.
В свою очередь, под воздействием систем удобрения изменяется и соотношение стабильных и лабильных форм гумусовых веществ по профилю почвы (таблица 20).
Наиболее высокая доля ЛОВ от гумуса зафиксирована в слое почвы 20-40 см, достигая в варианте при внесении односторонних минеральных удобрений до 44,2 %. Наименьшие значения относительного содержания лабильных органических веществ зафиксированы при использовании извести как в верхнем двадцатисантиметровом слое почвы, так и в подпахотном слое (20-40 см). При этом, следует заметить, в нижних изучаемых слоях почвы доля ЛОВ в составе гумуса наибольшая в сравнении с другими вариантами. Причиной этого является не возрастание количества ЛОВ в почве, а низкое значение валовых форм гумусовых веществ.
Нами установлено, что под воздействием изучаемых способов заделки органических удобрений (соломы и сидератов) и растительных остатков произошло достоверное изменение запаса валового гумуса в 20-тисантиметровом слое - выявлено значительное его снижение при использовании ежегодной глубокой заделкой в пахотный горизонт (вспашка) по сравнению с поверхностной (безотвальной плоскорезной) и мелкой (отвальной дисковой) (таблица 21). Однако при этом дифференциация пахотного горизонта под воздействием использованных в опыте видов органических удобрений слабо отличалась. Причиной этого является значительное поступление корневых остатков во весь изучаемый пахотный слой.
Биологизация севооборотов за счет замены чистых паров занятыми и си-деральными теоретически должна обеспечить благоприятную гумусирован-ность почвы. Нами установлено достоверное увеличение содержания общего органического углерода при использовании донника в качестве зеленого удобрения. Следует отметить, что замена чистого пара занятым и сидеральным снижает дифференциацию почвы по содержанию гумуса. Причиной этого является формирование значительного количества корневых остатков парозанимающими сельскохозяйственными культурами.
Закономерности распределения лабильного органического вещества в почве аналогичны изменениям валовых форм гумусовых веществ (таблица 22 и приложение Г).
Сравнительная оценка расчетных методов определения энергоемкости органического вещества почвы
В настоящее время только разрабатываются методологические подходы к энергетической оценке гумусового состояния почв. Нами проведен анализ и оценка методов, рекомендованных авторами для использования в биолого-химических исследованиях.
1. Расчет энергоемкости органических соединений по элементному составу
По данным Лазарева, коэффициенты теплоты сгорания химических элементов составляют: для г-атома С — 90 кал; Н - 34,4 кал; N — 200 кал; О — (— 43,6) кал (Цит. по Сычев В.Г. и др.. 2007).
Близкие коэффициенты были использованы Алиевым С.А. (1985) для расчета теплот сгорания (кал/г) органического вещества в формуле
Q = 90 С + 34,4 Н - 50 (0,87 О - 4 N), где
С, Н, О, N - содержание соответствующих химических элементов в препарате, %.
Элементный состав гумусовых кислот и других органических веществ почвы существенно отличается. Д.С. Орлов с соавторами (2005) приводит следующие составы гумусовых кислот по массовой доле элементов:
- гуминовые кислоты - 46-62 С %, 3-6 % N, 3-5 % Н и 32-38 % О;
- фульвокислоты - 36-44 С %, 3-4,5 % N, 3-5 % Н и 45-50 % О.
При данных значениях теплота сгорания гуминовых кислот будет иметь значения, приведенные в таблице 34. Теплоты сгорания гумусовых кислот, полученные по нашим расчетам, существенно ниже данных приведенных в литературных источниках другими авторами (таблица 35).
2. Расчет энергоемкости по количеству энергии, необходимой для окисления органического вещества хромовой смесью
При расчете запаса энергии в почве (в млн. ккал/га) данным методом используется следующая формула (Алиев С.А. 1985): имеет ряд погрешностей. Во-первых, оксиди-метрический метод анализа органического вещества предусматривает определение количества только углерода: ЗС + 2K2Cr207 + 8H2S04= ЗС02 + 2K2S04 + 2Cr2(S04)3 + 8 Н20
Поэтому энергетический потенциал органического соединения этим методом можно определить лишь приблизительно. Содержание углерода в составе гумусовых веществ почвы может значительно варьировать - от 36 (в фульвокислотах) до 62 % (в составе гуминовых кислот) (Орлов Д.С. и др., 2005). При этом изменяется количественное соотношение и других элементов в составе веществ. Так, если массовая доля кислорода в гуминовых кислотах составляет 32-38 %, то в фульвокислотах значительно больше — 45-50 %. Поэтому при использовании данного метода следует использовать поправочные коэффициенты на массовую долю составляющих молекулу атомов.
Во-вторых, автором не учитывается плотность почвы при пересчете результатов на определенную мощность почвенного профиля.
В-третьих, по данной методике значительно усложняется технология расчета, так как автором использованы промежуточные показатели, используемые при расчете массовой доли органического вещества (количество 0,1 н хромовой смеси, израсходованной на определение, навеска почвы и др.).
Более удобно использовать в расчете результат анализа — 0,0003 г органического углерода соответствует 1 мл 0,1 н хромовой смеси. При пересчете органического углерода в гумус используется коэффициент 1,724, что соответствует 58 % С в органическом веществе (Теория и практика ..., 2006). Таким образом, 1 мл 0,1 н хромовой смеси соответствует 0,000517 г гумуса эквивалентной 2,675 кал. В итоге по данной методике 1 г гумуса имеет запас энергии 5174 кал или 21662,5 Дж. Очень близкое значение энергоемкости гумуса было рекомендовано использовать в расчетах Володиным В.М. (2000) - 21650 Дж в 1 грамме гумуса.
3. Расчет энергоемкости по теплоте сгорания различных групп и форм органических веществ
Данный подход предусматривает прямой метод определения теплоты сгорания органических веществ с использованием калориметрической бомбы. Данный метод является наиболее точным, так как учитывает энергетическую характеристику по непосредственной теплотворной способности вещества. Проблема заключается в получении чистых препаратов анализируемых гумусовых фракций почвы и весьма сложной технологии анализа.
Исходя из проведенного анализа методов определения энергоемкости гумусовых веществ почвы, в расчетах следует использовать следующие значения теплоты сгорания гумусовых веществ для дерново-подзолистых почв в ГДж/т:
- гуминовые кислоты (Володин В.М., 2000) - 17,17;
- фульвокислоты (Володин В.М., 2000) - 10,05;
- гумин (нерастворимый остаток) (Алиев С.А., 1985) - 18,88.
Исходя из этих показателей группового состава гумуса можно рассчитать теплоту сгорания гумуса дерново-подзолистой почвы (таблица 36). По нашим расчетам, в среднем гумус дерново-подзолистых почв имеет теплоту сгорания 15,8ГДж/т.
Полученные данные свидетельствуют, что основная часть энергии в составе органического вещества почвы содержится в составе нерастворимого остатка (47,2 %). Наименьшее количество энергии аккумулируется в виде фуль-вокислот - 18,4 %. Гуминовые кислоты по запасам энергии занимают промежуточное положение (34,4 %).
Энергоемкость лабильного органического вещества почвы, извлеченного 0,1 н NaOH составляет для дерново-подзолистых почв в среднем 13,17 ГДж/т, что значительно ниже по сравнению с общим органическим веществом почвы (таблица 37).
Как было указано выше, причиной этого является наличие более слабых связей в структуре фульвокислот, преобладающих в ЛОВ.
