Содержание к диссертации
Введение
1. Теоретические и экспериментальные предпосылки повышения продуктивности агроценозов и научные основы управления плодородием чернозема выщелоченного (обзор литературы) .
1.1 Происхождение и свойства чернозема, определяющие его плодородие .
1.1.1 Органическое вещество .
1.1.2 Элементы минерального питания
1.1.3 Свойства почвы при длительном применении удобрений
1.2 Особенности питания и удобрение зерновой, зернобобовой
1.2.1 Соя кормовой культур
1.2.2 Кукуруза .
1.2.3 Люцерна
2 Объекты, методы и условия проведения исследований
Программа, объекты и методы .
2.2 Условия почвообразования и агроклиматическая характеристика региона
3. Характеристика свойств чернозема выщелоченного в агроценозах
3.1 Морфолого-генетическое строение профиля почвы
3.2 Гранулометрический состав и водно-физические свойства
3.3 Органическое вещество почвы
3.3.1 Содержание гумуса и его динамика
3.3.2 Фракционно-групповой состав
3.3.3 Гумусное состояние
3.4 Физико-химические свойства .
3.5 Питательный режим почвы и формы соединений элементов
3.5.1 Азот
3.5.2 Фосфор
3.5.3 Калий .
3.5.4 Кальций .
3.5.5 Магний
3.6 Профильное распределение химических и физико-химических параметров плодородия чернозема выщелоченного
4 Оптимизация пищевого режима чернозёма выщелоченного и вынос элементов питания с урожаем культур
4.1 Соя .
4.1.1 Содержание и динамика доступных элементов питания в почве
4.1.2 Содержание питательных веществ и динамика их поступления в растения
4.1.3 Влияние условий минерального питания растений сои на биометрические показатели, накопление сухого вещества и образование клубеньков на корнях
4.1.4 Урожайность и качество зерна сои, выращиваемой после
озимой пшеницы и кукурузы на зерно
4.1.5 Вынос азота, фосфора и калия с урожаем зерна сои и затраты элементов на его формирование
4.1.6 Биологический круговорот азота, фосфора и калия при выращивании сои
4.1.7 Коэффициенты возмещения выноса фосфора и калия растениями сои
4.2. Кукуруза
4.2.1. Содержание доступного азота, фосфора и калия в почве
и его динамика
4.2.2. Влияние цинка на посевные качества семян кукурузы, ее рост и развитие .
4.2.3. Сухая масса и содержание элементов минерального питания в растениях
4.2.4. Урожайность, качество зерна кукурузы и вынос урожаем питательных веществ из почвы в условиях длительного применения удобрений
4.3. Люцерна третьего года жизни .
4.3.1 Содержание подвижных соединений в почвах на посевах культуры зернотравяно-пропашного и рисового севооборотов
4.3.2 Динамика содержания азота, фосфора и калия в растениях люцерны третьего года жизни
4.3.3 Биометрические показатели люцерны, количество клубеньков, облиственность растений и посевные качества ее семян .
4.3.4 Урожайность и качество зеленой массы люцерны .
4.3.5 Вынос питательных веществ урожаем люцерны
и их запас в почве .
4.3.6 Оценка вклада люцерны в накопление органического вещества и биологического азота в почву
5 Почвенно-экологическая оценка чернозема выщелоченного западного предкавказья
6 Баланс элементов минерального питания в севообороте 7 баланс гумуса в почве 8 окупаемость удобрений прибавкой урожая культур
4 9 Экономическая и биоэнергетическая эффективность действия и последействия минеральных удобрений на посевах культур...
заклюЧение
Предложения производству
Список использованной литературы
- Свойства почвы при длительном применении удобрений
- Гранулометрический состав и водно-физические свойства
- Профильное распределение химических и физико-химических параметров плодородия чернозема выщелоченного
- Вынос азота, фосфора и калия с урожаем зерна сои и затраты элементов на его формирование
Введение к работе
Актуальность темы. На протяжении всей истории развития аграрной науки интерес к проблеме плодородия почвы не ослабевает. Основоположник теории минерального питания растений Юстус фон Либих (1936) отмечал, что никто не имел представления о причинах плодородия полей, так же как и о причинах его потери под влиянием сельскохозяйственных культур. «Все растения, – писал Д. Н. Прянишников (1952), – …. в зависимости от того, о каких элементах идет речь, могут повышать или снижать плодородие почвы». Ученый считал, что если вынос элементов питания не возмещается, то постепенно происходит истощение почвы, и урожаи падают. Невозможно объяснить снижение плодородия черноземов, подчеркивал В. В. Докучаев (1948), без скрупулезного анализа истории землепользования.
На современном этапе природопользования, по данным В. Г. Минеева
(2008), до 90 % продуктов питания население планеты получает благодаря
плодородию почвы. А. Л. Иванов (2013) определяет главные условия разви
тия сельскохозяйственного производства – качество почв и их сохранность,
а В. И. Кирюшин (2015) обосновывает на необходимость перехода к науко
емкому земледелию, которое бы предотвращало истощение почв.
В. Г. Сычв, М. И. Лунв, А. В. Кузнецов и др. (2010), рассматривая совре
менную динамику свойств пахотных почв, указывают ее сложный, неодно
значный и во многом противоречивый характер. Недооценка изменчивости
свойств почв, как считает В. Н. Слюсарев (2008), обостряет проблему их де
градации, а длительная интенсивная эксплуатация черноземов, как свиде
тельствуют исследования В. П. Власенко и В. И. Терпельца (2012), приводит
к дисбалансу между потенциальным и эффективным плодородием. Характе
ризуя современную концепцию ведения аграрного производства,
A. Х. Шеуджен (2015) акцентирует внимание на том, что она не базируется
на основных агрохимических принципах.
В связи с вышеизложенным становится очевидной актуальность мониторинговых исследований по определению агрохимических основ сохранения почвенных ресурсов, устранению факторов, ухудшающих плодородие почвы относительно его первоначальных показателей, что, в конечном счете, снижает продуктивность выращиваемых культур.
Степень разработанности темы. Вопросы плодородия почв региона
нашли отражение в трудах С. А. Захарова, А. А. Шмука, Е. С. Блажнего,
Н. Е. Редькина, П. Е. Простакова, П. В. Носова, А. И. Симакина,
B. Ф. Валькова, Ю. А. Штомпеля, В. И. Тюльпанова, А. И. Столярова,
Н. Ф. Коробского, З. С. Марченко, Н. Г. Малюги, В. Т. Куркаева и многих
других ученых. В настоящее время для повышения продуктивности агроце-
нозов, определения механизмов воспроизводства плодородия чернозема
выщелоченного в условиях его интенсивного сельскохозяйственного ис
пользования необходимы дальнейшие наблюдения и оценка качества почвы.
Исследования проводились в рамках плана научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» по теме «Разработать теоретические основы и приемы сохранения и воспроизводст-3
ва почвенного плодородия … на черноземе выщелоченном Западного Предкавказья» (номера госрегистрации 01.960009000, 01.200113457, 2.00606825 и 01201153630, а также контрактов с Министерством сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности Краснодарского края на 2012–2015 гг.
Цель исследований – выявить и теоретически обосновать характер и направленность изменения плодородия чернозема выщелоченного Западного Предкавказья при длительном и систематическом применении различных систем удобрения культур в севообороте.
Задачи исследования:
– охарактеризовать современное состояние чернозема выщелоченного, выявляя закономерности изменения показателей плодородия при минеральной, органической и органоминеральной системах удобрения;
– дать оценку фракционно-групповому составу гумуса чернозема выщелоченного при различных системах удобрения культур в севообороте;
– проанализировать гумусное состояние почвы в условиях минеральной системы удобрения культур;
– изучить азотный, фосфатный, калийный, кальциевый и магниевый режимы чернозема выщелоченного в условиях длительного применения удобрений;
– установить степень влияния удобрений и тесноту связи между содержанием минерального азота, подвижных форм фосфора и калия в почве, а также в растениях сои, кукурузы и люцерны;
– рассчитать баланс элементов минерального питания и гумуса в системе почва – растение – удобрение в черноземе выщелоченном с учетом действия и последействия удобрений на продуктивность зернотравяно-пропашного севооборота по окончании его третьей ротации;
– рассчитать биологический круговорот биогенных элементов в агроценозе сои;
– выявить вклад люцерны в накопление органического вещества и биологического азота как фактора формирования экологически сбалансированного агроландшафта южной части Азово-Кубанской низменности;
– определить влияние длительного действия и последействия удобрений на урожайность и качество продукции сельскохозяйственных культур;
– дать сравнительную почвенно-экологическую оценку и рассчитать балл бонитета чернозема выщелоченного до вовлечения его в севооборот и по окончании третьей ротации;
– рассчитать экономическую и биоэнергетическую эффективность удобрений в зернотравяно-пропашном севообороте на черноземе выщелоченном.
Научная новизна результатов исследований. Впервые в Западном Предкавказье проведен мониторинг показателей плодородия чернозема выщелоченного, вовлеченного в зернотравяно-пропашной севооборот, экспериментально выявлены и теоретически обоснованы изменения основных параметров почвы, установлены доли влияния удобрений на содержание доступных растениям форм соединений элементов питания и корреляционно-регрессионные зависимости обеспеченности ими сельскохозяйственных культур. Разработаны агрохимические основы эффективных приемов сохра-
нения и воспроизводства плодородия почвы посредством регулирования круговорота азота, фосфора и калия за счет применения удобрений, накопления органического вещества и биологического азота зернобобовыми и бобовыми культурами в системе почва – удобрение – растение.
Теоретическая и практическая значимость работы. Экспериментальные данные о валовом содержании азота, фосфора, калия, кальция, магния и трансформации их соединений в черноземе выщелоченном являются теоретическими предпосылками для эффективного использования удобрений на юге Азово-Кубанской низменности. Достаточно высокая обеспеченность чернозема выщелоченного биологическим азотом и органическим веществом после распашки люцерны – теоретическая основа для создания новых нормативов, способствующих рациональному применению азотных удобрений в масштабах региона. Показатели оценки качества почвы – почвенно-экологический индекс и баллы бонитета – могут быть применены при прогнозировании продуктивности агроценозов, составлении паспортов полей, справочно-нормативной документации для юга России.
Применение разработанных рекомендаций производству позволит предупреждать снижение качества почвы за счет оптимального использования удобрений под сельскохозяйственные культуры во все более изменяющихся почвен-но-климатических условиях региона. Показатели затрат элементов питания на формирование урожая, окупаемости удобрений его прибавкой необходимы при составлении плана их применения в севообороте и установления потребности региона в удобрениях. Сведения о балансе и круговороте биогенных элементов питания позволят корректировать нормы удобрений и их сочетаний для соблюдения экологического равновесия в системе почва – растение – удобрение.
Результаты исследования применяются в лекционных материалах учебного процесса по направлению «Агрохимия и агропочвоведение», а также частично вошли в монографии и учебные пособия, используемые при подготовке бакалавров, магистров и преподавателей-исследователей.
Положения, выносимые на защиту:
-
Установление неравнозначность влияния систем удобрения сельскохозяйственных культур на содержание гумуса и его фракционно-групповой состав в черноземе выщелоченном.
-
Возрастание содержания азота и фракций его соединений в черноземе выщелоченном в ряду: минеральный, легко-, трудно-, и негидролизуемый. Баланс минеральной фракции его соединений положителен при органической и отрицателен (исключение – легкогидролизуемая фракция) при минеральной системе удобрения. Повышенное содержание минерального и органического азота почвы и бездефицитный баланс общего азота – при органоминеральной. Доля минерального азота в почве невысока и по сравнению с другими элементами он находится в первом минимуме.
-
Сосредоточенность запасов азота в пахотном слое чернозема выщелоченного, вовлеченного в сельскохозяйственное производство, и заметное убывание содержания элемента вниз по профилю. В третьей ротации севооборота – тенденция к повышению содержания гумуса, подкислению поч-
венного раствора и твердой фазы почвы при использовании простых минеральных удобрений.
4. Изменение в исследуемой почве валового содержания азота, фосфора,
калия, кальция, магния и форм их соединений при минеральной системе удоб
рения агроценоза за счет увеличения содержания минеральных форм этих эле
ментов питания.
5. Ведущее место в биологическом круговороте наиболее дефицитных
элементов минерального питания растений сои занимает калий, затем азот и
фосфор, и их отчуждение при использовании удобрений повышается с увели
чением урожая культуры.
Методология исследований предусматривала анализ имеющихся в научной литературе сведений по проблеме плодородия почв. Методологическую основу научно-экспериментальной работы составили полевые, вегетационные и лабораторные опыты. Достоверность обеспечивалась применением методик, входящих в базу ГОСТов Общероссийского классификатора стандартов Российской Федерации, организацией исследований в системе – почва – растение – удобрение, сопоставлением показателей, многократно повторяющихся во времени, с полученными до закладки опыта данными по оценке характера изменения гумусного состояния почвы, а также анализом биологического круговорота биогенных элементов, их баланса, расчетом баланса гумуса, почвенно-экологического индекса и балла бонитета для кукурузы, сои и люцерны.
Степень достоверности полученных результатов. Обоснованность, достоверность логических выводов и рекомендаций производству определена точностью аналитических работ, подтверждена статистической обработкой данных, публикацией основных результатов в изданиях, включенных в Перечень российских рецензируемых научных журналов, апробацией материалов на конференциях, симпозиумах, съезде почвоведов, а также подтверждена актами внедрения на территории региона.
Апробация результатов работы проходила на ежегодных научных и научно-методических конференциях в Кубанском ГАУ (1994–2013), отдельные материалы исследований вошли в периодический сборник «Агроэкологический мониторинг в земледелии Краснодарского края» (1997; 2002; 2008). Основные положения прошли апробацию на VI съезде ВОП им. В. В. Докучаева (Петрозаводск – Москва, 2012); на международных научно-практических конференциях: г. Москва, 2000, 2006, 2010, 2012, 2015; г. Ставрополь, 2002; г. Иркутск, 2006; г. Орел, 2009; г. Краснодар, 2001, 2012; г. Брянск, 2011; г. Новосибирск, 2011; г. Скадовск, 2013; г. Ростов-на-Дону, 2013, 2014; г. Кяхта, 2015; на всероссийских и региональных научно-практических конференциях: г. Москва, 2004; г. Краснодар, 2005; г. Анапа, 2005; г. Воронеж, 2005; г. Нальчик, 2013; пос. Персиановка, 2006; г. Майкоп, 2002, 2005; г. Белореченск, 2004; на семинарах и совещаниях: пос. Персиановка, 2004; г. Москва и г. Ставрополь, 2006, 2007. Внедрение учебно-методических разработок и результатов научных исследований проводилось в Институте экономики и управления (2007), в учхозе «Кубань» (2009), АНТЦ по рису (2008, 2012), КФХ «Астра» (2009), СПК «Россия» (2011), в 2012 г. в хозяйствах КФХ «Аушедз»,
ООО «Прикубанский», КФХ «Чичев Р.Р.», СПК «Колхоз Ленина», ФГУП РПЗ «Красноармейский», КХ «Жиляков» и ООО «Калининское» (2014).
Публикации результатов исследований. По теме диссертационной работы опубликовано 77 научных работ, в том числе 5 монографий, 8 учебных пособий (в соавторстве) и 22 научные статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Общий объем публикаций составляет 140,0 п. л., в том числе по теме диссертации – 68,4 п. л.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, выводов, предложений производству, списка использованных литературных источников. Диссертация изложена на 668 страницах печатного текста и содержат 71 таблицу, 57 рисунков и 72 приложения. Список литературных источников включает 755 наименований, в том числе 28 – иностранных авторов.
Личный вклад автора. Многолетние научные исследования выполнялись автором лично на всех этапах научной работы: закладка, проведение опытов (стационарного – ответственный исполнитель с 1994 г. по настоящее время) и в сотрудничестве с кафедрой почвоведения КубГАУ. Автору принадлежит около 80 % результатов, приводимых в диссертации.
Автор выражает искреннюю благодарность научному консультанту, заве
дующему кафедрой агрохимии, члену-корреспонденту РАН, д-ру биол. наук,
профессору А. Х. Шеуджену. Признательна заведующему кафедрой почвоведе
ния профессору В. И. Терпельцу, профессорам А. И. Столярову (научному ру
ководителю), Л. П. Леплявченко, В. Н. Слюсареву, М. И. Корсуновой,
Х. Д. Хуруму, доцентам В. П. Суетову, М. А. Осипову, Т. В. Швец,
А. В. Осипову, Т. Н. Бондаревой и В. В. Дроздовой, а также Л. И. Громовой, Т. Ф. Бочко, И. В. Зубенко, М. Н. Кондратенко и Ю. А. Исуповой – соавторам и коллегам – за консультации, помощь, советы при проведении исследований, обобщении полученных результатов и их подготовке к публикациям.
Свойства почвы при длительном применении удобрений
Естественноисторический метод И.П. Герасимов (1948) считал основой в познании сложных процессов и явлений, происходящих в почвах, которые позволят наметить пути к повышению их плодородия [цит. по Ф.Я. Гаврилюк, 1955].
По мнению В.Д. Панникова и В.Г. Минеева (1987), научные основы учения о плодородии почв, и прежде всего черноземов, первыми заложили В.В. Докучаев, П.А. Костычев и Н.М. Сибирцев. Имена Ф.Я. Гаврилюка, С.А. Захарова, А.А. Шмука, Е.С. Блажнего, Н.Е. Редькина, П.Е. Простакова, П.В. Носова, А.И. Симакина, В.Ф. Валькова, Ю.А. Штомпеля, В.И. Тюльпанова, Н.С. Котлярова, И.Т. Трубилина, А.И. Столярова, Г.М. Соляника, К.Ш. Казеева, С.И. Колесникова, Н.Ф. Коробского, В.И. Терпельца, В.Н. Слюсарева и многих других ученых связаны с теоретическими разработками по вопросам сохранения и воспроизводства плодородия почв Западного Предкавказья, и как отмечает Н.Б. Хитров (2003), – способности восстановления основных качественных характеристик своего исходного состояния.
В соответствии с мнением Е.С. Блажнего (1958, 1971) образование черноземов на прилегающих территориях реки Кубань начиналось по луговому, а точнее, по аллювиально-луговому типу. Впоследствии аллювиально-луговые почвы подвергались остепнению и эволюционировали в черноземы.
Своеобразие черноземов Западного Предкавказья (южно-европейской фации) отметили В.Ф. Вальков, Ю.А. Штомпель, В.И. Тюльпанов (2002). Они характеризуют их как почвы очень теплые, периодически и кратковременно промерзающие в верхнем горизонте. Отличает их от всех других черноземов России то, что в течение зимнего периода значительная часть их почвенного профиля пребывает в активном состоянии. Состояние почвы – жилища и кормилицы растений, как считал В.В. Докучаев (1948), занимает особое место среди факторов, влияющих на питание растений. Это влияние, по мнению Т.Н. Кулаковской (1990), определяется запасами и доступностью в ней питательных веществ, содержанием органического вещества, реакцией почвенной среды, влажностью, физико-химическими и биологическими свойствами.
Обозначая проблемы плодородия почвы, С.А. Захаров (1946) указывал на два основных направления, которые талантливо разрабатывались учеными и сохранили свое значение до настоящего времени: химическое, основанное Д.Н. Прянишниковым (для поднятия плодородия необходимо внесение минеральных удобрений) и физическое – В.Р. Вильямсом (повышение урожайности и улучшение свойств почв за счет введения травопольных севооборотов). В.Р. Вильямс (1948) определил плодородие как способность почвы удовлетворять потребность растений в воде и пище «беспрерывно и одновременно максимальными количествами».
Характеризуя свойства чернозема, определяющие его плодородие, А.А. Шмук (1951) пишет: «Со стороны их валового состава мы всегда имеем чрезвычайное богатство почв относительно потребностей культурного растения, и в этом смысле богатство почвы есть лишь фон, на котором возникают и имеют свое выражение более сложные вопросы ее плодородия».
В процессах образования и развития почв, формирования их плодородия велико значение органического вещества. В.В. Докучаев, В.Р. Вильямс, П.А. Костычев считали биологический фактор (растительность и деятельность живых организмов) определяющим в почвообразовании [цит. по А.Ф. Сафонову, 2011].
Желая «поставить сельское хозяйство на твердые ноги», В.В. Докучаев (1994) в своей работе «Дороже золота русский чернозем» отмечал, что все естественные факторы до такой степени тесно связаны между собой и исследованы должны быть всесторонне и непременно во взаимной связи. Поэтому необходимо проводить мониторинг свойств почв с целью учета комплекса факторов, влияющих на ее плодородие и эффективность использования агрохимических средств. В настоящее время изменение свойств пахотных почв Российской Федерации, по мнению В.Г. Сычёва, М.И. Лунёва, А.В. Кузнецова, и др. (2010) имеет сложный, неоднозначный, во многом противоречивый характер. К факторам, снижающим плодородие почв, авторы относят: дефицит гумуса, потерю кальция в ходе его выноса и выщелачивания, подкисление почв, ухудшение фосфорного режима, уменьшение содержания доступного калия, а также значительное варьирование содержания минерального азота, которое зависит, прежде всего, от физико-химических свойств почв, гранулометрического и минералогического состава, влажности и температуры, микробиологических процессов – аммонификации, нитрификации, денитрификации. Показав четкую тенденцию изменения свойств почв, главной причиной их истощения В.Г. Сычёв (2007) считает недостаточное и несбалансированное применение удобрений.
Отмечая показатели плодородия почвы: содержание азота, фосфора, калия и микроэлементов в агроэкосистемах и отзывчивость сельскохозяйственных растений на эти биогенные элементы, Н.В. Войтович, Б.И. Сандухадзе, И.Н. Чумаченко и др. (2002); Е.Е. Ерезенко (2009), T.N. Bondareva, Kh.D. Khu-rum, A.Kh. Sheudzhen, L.M. Onishchenko (2010); И.Т. Трубилин, А.Х. Шеуджен, Л.М. Онищенко, 2010; Г.С. Цытрон, Л.И. Шибут, С.В. Шульгина (2012); А.Х. Шеуджен, И.Т. Трубилин, Л.М. Онищенко, 2012; F. Eulenstein, A.Kh. Sheudshen, E.N. Smolentseva (2014); Lothar Muelle, E.N. SmoIentseva, O.V. Rukhovich (2014) предложили новый подход и современные требования к стратегии оценки эффективного плодородия почв – оптимизации содержания гумуса, азота, подвижного фосфора и обменного калия. Существенную роль в сохранении плодородия черноземов А.В. Дедов и М.А. Несмеянова (2012) отводят многолетним травам, а рассчитанный Т.М. Парахневич (2012) совокупный почвенный балл дает оценку качеству антропогенно-трансформируемой почвы и показывает направленность изменения ее свойств.
Гранулометрический состав и водно-физические свойства
Перед уходом в зиму состояние посевов люцерны 2-го года жизни было хорошим. В 2003–2005 гг. перезимовка культуры проходила при удовлетворительных условиях: температура почвы не опускалась до критических значений на глубине корневой шейки растений люцерны. Возобновилась вегетация растений люцерны немного раньше среднемноголетних сроков. Отрастание ее шло хорошо, поскольку в марте – апреле среднемесячная температура воздуха и количество выпавших осадков превышали среднемноголетние показатели. Однако в 2004 г. количество осадков в фазу бутонизации и цветения было меньше нормы на 60 мм, что сказалось на уровне урожайности зеленой массы растений люцерны. В 2003 и 2005 гг. осадков выпало почти втрое больше нормы, что создало благоприятные условия для вегетации растений. Вследствие этого сформировался достаточно высокий урожай зеленой массы люцерны (за два укоса 2,38–3,04 т/га), который определялся уровнем минерального питания растений [Л.М. Онищенко, М.А. Осипов, 2006].
Таким образом, основная часть исследований в стационарном опыте была проведена с 1998 по 2006 г., и в этот период на основании данных метеостанции г. Краснодара были прослежены и учтены важнейшие агрометеорологические факторы – обеспеченность сельскохозяйственных культур влагой и теплом. Погодные условия в обозначенный период были неодинаковы. Сравнивая количество осадков, среднюю температуру со среднемноголетни-ми показателями (приложение 3), можно охарактеризовать годы проведения исследований следующим образом: для сои 1998 год был неблагоприятным из-за пониженной температуры воздуха в период всходов, а июне и июле 1998– 2000 гг. наблюдалась аномально жаркая погода – на 2,0–3,0оС выше среднемно-голетней температуры. Причем количество осадков в этот период было меньше по сравнению со среднемноголетними на 46–50 %, а во второй – третьей декаде июля и первой – второй декадах августа 1998 г. они вообще отсутствовали. Для кукурузы 2003 г. был неблагоприятным также в период всходов. Температура воздуха была ниже среднемноголетней на 1,2оС, что сказалось на продолжительности этой фазы. Среднемесячное количество осадков в летние месяцы при вегетации кукурузы: минимальные в июне–июле 2001 г. – 2,2–3 мм; май – июнь 2002 г. – 8,1–2,4 мм; апрель – май 2003 г. – 0–4,7 мм, что ниже среднемноголет-них значений на 60 – 63 мм. Агрометеорологические условия по температурному и влажностному режиму в 2004–2006 гг. для отрастания люцерны складывались благоприятно. За вегетацию культуры осадков выпало около нормы при несколько повышенной температуре воздуха летних месяцев. Несмотря на неравномерность выпадения осадков в течение вегетации люцерны недобор влаги компенсировало значительное ее накопление в осенне-зимний период. При рассмотрении погодных условий в период выполнения исследований с полевыми культурами (1997–2012) установлены существенные различия гидротермических ресурсов, которые влияли на продуктивность сельскохозяйственных культур. Поэтому с целью рационального использования агрохимических средств необходимо выявлять эффективность удобрений с учетом ресурсов в регионе.
Характеристика почвы. Подзона черноземов выщелоченных тянется широкой полосой по правому берегу реки Кубань, которые занимают надпойменные террасы, сложенные тяжелыми лессовидными суглинками. Они имеют однообразную темно-серую с буроватым оттенком окраску, постепенно светлеющую с глубиной почвенного профиля [Ф.Я. Гаврилюк, 1955].
Генетические особенности чернозема соответствуют современным почвообразовательным процессам – мощное гуматно-кальциевое гумусона-копление, миграция карбонатов, глубокое выщелачивание легкорастворимых солей [В.Ф. Вальков, 1977].
Отличительная особенность чернозема опытного участка – выщело-ченность всего гумусового слоя от карбонатов. В горизонте С почва вскипает от НСl [А.И. Столяров, М.Н. Кондратенко, Л.М. Онищенко, 2003].
Несмотря на невысокое содержание гумуса, его запас во всей толще составляет 650–730 т/га. Поглощенные основания представлены катионами щелочноземельных металлов (кальцием). Карбонаты (СаСО3) формируются глубоко и составляют 2,5–3,0 %. [С.А. Захаров, 1932; А.Я. Ачканов, Ю.В. Хомутов, Э.К. Эйсерт, 1984, З.Г. Джанаев, 2004].
Основные факторы формирования микроклимата почвы – рельеф и гранулометрический состав, а также обнаруживается устойчивая связь климатических условий с типом почвы [В.Г. Сычёв, 2003].
По убеждению Е.С. Блажнего (1971), чернозем выщелоченный способен удерживать влагу в корнеобитаемом слое почвы довольно продолжительное время. Данный подтип чернозёма характеризуется высокой водопроницаемостью, гигроскопичностью и низкой влагоемкостью. В пахотном слое почвы она минимальна – 30,4 %, а к 200 см она снижается более чем на 22,0 %. В 0–200 см слое почвы запас продуктивной влаги составляет 251– 298 мм (26–31 % от полной влагоемкости), в 0–150 см слое влажность завя-дания – 16–17 %, глубже – 13–15 %.
Предельно-полевая влагоемкость в верхних гумусовых горизонтах у рассматриваемых черноземов составляет 28,5–31,5 % весовой влажности. С глубиной, по мере увеличения плотности сложения, в горизонте В2 величина предельно-полевой влагоемкости уменьшается до 25,8 % весовой влажности. Максимальная гигроскопичность в пределах гумусового горизонта почвы составляет 10,3–11,2 %, величина влажности устойчивого завя-дания, являясь границей продуктивной и непродуктивной воды в почве, колеблется от 13,8 до 15,0 %. При этом количество доступной для растений влаги при влажности полевой влагоемкости составляет 10,8–17,7 % весовой влажности – 42–56 % ее общих запасов [В.И. Терпелец, 2010].
Профильное распределение химических и физико-химических параметров плодородия чернозема выщелоченного
К фазе цветения – начала бобообразования отмечено наибольшее развитие надземной массы растений на вариантах с двойными нормами азотных (N40) и фосфорных (P80) удобрений и их сочетаний (N40P80). На удобренных вариантах опыта наиболее развиты растения сои и в фазу трех листьев, и в фазу цветения – начала бобообразования. На варианте N60P40K60 максимальная высота растений в фазу трех листьев – 18,8 см. На варианте N60P120K60 она составила 60,9 см, на варианте N60P80 – 71,8 см. На неудобренном варианте и варианте P80K40 высота растений была значительно меньшей – 53,2 и 43,2 см соответственно [Л.М. Онищенко, 2002].
Регрессионный анализ данных о влиянии удобрений на биомассу надземной части растений сои в начале их вегетации показал среднюю корреляционную зависимость их биомассы от удобрений (0,62), которая к фазе цветения – начала бобообразования ослабевала (0,48) (приложение 20). Расчет доли влияния удобрений на формирование надземной биомассы растений сои показал, что в начальный период их вегетации она максимальна при внесении фосфорных удобрений – 18,6 %, при внесении азотных – 9,71 % и калийных – 7,5 %. На высоту растений сои выявлено существенное влияние только азотных удобрений, доля его составила 25,5 %, тогда как при внесении фосфорных и калийных она была незначительна [Л.М. Онищенко, 2002].
В период интенсивного нарастания вегетативной биомассы растения сои периодически испытывали недостаток влаги. Если в фазу трех листьев между удобренными и неудобренными вариантами не просматриваются различия в длине корней сои, то к фазе цветения – начала бобообразования наблюдается существенная разница как по их длине, так и по высоте растений. Длина корней растений сои увеличивается с 15,6 см на контроле до 27,8 см на варианте N60P120K40. Значительное влияние на их рост в фазу цветения – начала бобообра-зования оказало как раздельное внесение двойной нормы азота (N40) и фосфора (P80), так и их совместное применение с калийными удобрениями в двойной норме N40P80 [А.И.Столяров, Л.М. Онищенко, 2002; Л.М. Онищенко, 2002].
Поскольку соя бобовая культура и адаптирована к фиксации молекулярного азота атмосферы, от этого процесса зависит ее азотопотребление и как следствие – продуктивность. Нам представилось важным выяснить условия, которые создаются под влиянием различных норм и форм азотных, фосфорных и калийных удобрений, при которых лучше всего развиваются клубеньковые бактерии.
Интенсивность фиксации атмосферного азота растениями связана с образованием и развитием клубеньков на корнях сои. В фазу трех листьев на естественном уровне плодородия количество клубеньков в пересчете на одно растение сои имеет тенденцию увеличения с 5 шт./раст. на контроле до 6 при двойной норме фосфора (P40) и до 7 при двойной норме азота (N40). Полное удобрение в двойной норме (N40P80 K40) достоверно увеличило количество клубеньков до 16,2 шт. на одном растении. Более благоприятные условия в начальный период вегетации культуры для образования клубеньков на корнях растений сои сложились на вариантах, где применялись полные дозы удобрения в соотношениях N20P120K20, N60P120K20 и N60P120K60, их количество было 19,6; 28,6 и 34,4 шт./раст. соответственно. К фазе цветения – начала бобообразования как раздельное применение фосфора (P80) и азота в двойной (N40) норме, так и совместное (N40P80) достоверно увеличивало количество клубеньков на корнях сои – до 27,6; 31,8 и 37,0 шт./раст соответственно [Л.М. Онищенко, 2002].
В фазу цветения – начала бобообразования не наблюдается существенного увеличения числа клубеньков на корнях растений сои на вариантах внесения тройной нормы азота в сочетании с одинарной нормой фосфора и калия (N60 P40K20. В этой фазе содержание минерального азота в почве было наибольшим, и его запас на варианте с тройной нормой (N60P40K20) максимален и изменяется по годам исследования в пахотном – от 52,8 до 68,4 кг/га и в подпахотном слое почвы – от 59,7 до 89,4 кг/га. Наблюдается, как отмечают многие исследователи, в том числе и А.В. Калмыкова и Б.М. Князева (2008), ингибирующее действие повышенной нормы азотного удобрения. Из–за этого уменьшается число клубеньков на корнях сои, снижается азотфиксирующая способность растений, что приводит к уменьшению симбиотического потенциала культуры. Поэтому при таком соотношении элементов в удобрении она в большей степени использует в минеральном питании азот из почвы и удобрений, а не из атмосферы.
По результатам регрессионного анализа уровни связи между количеством клубеньков на корнях сои и системой удобрения различны (приложение 20) . Зависимость средняя (0,64) между двумя этими факторами в начальный период развития сои, которая усиливается к фазе цветения – начала бобообразования (0,85). Уравнения регрессии указывают на положительное действие исследуемых видов удобрений на образование клубеньков на корнях растений сои. В начале вегетации растений сои доля влияния фосфора максимальна – 28,1 %, азота – 25,6 % и калия – 17,8 %. Влияние удобрений к фазе цветения – начала бобообразования несколько снижается, но и в этот период доля влияния фосфорного удобрения наибольшая – 21,0 %, доля азотного – 10,7 % и калийного – 8,9 %.
В вегетационном опыте № 1 установлено влияние различных форм минеральных удобрений на биометрические показатели растений сои в фазу цветения – начала бобообразования. Существенно увеличивалась биомасса растений, масса и длина корней сои. Наиболее развитыми были растения сои, выращенные с применением аммонийной селитры, их масса была равна 47,6 г/сосуд; мочевины – 48,4 г/сосуд, аммофоса – 46,1 г/сосуд и сульфата калия – 50,5 г/сосуд. Биомасса растений сои на контроле составила 42,9 г/сосуд. Фосфорные удобрения, содержащие в своем составе одно- и двухзамещенные фосфаты кальция (суперфосфат двойной и простой, диаммофос и аммофос) не оказали достоверного влияния на их массу (41,8 и 42,2 г/сосуд), но существенно повлияли на рост корней (20,3–21,7 м/сосуд). Количество клубеньков на корнях сои – важный показатель интенсивности фиксации азота растениями сои из атмосферы (таблица 32).
Вынос азота, фосфора и калия с урожаем зерна сои и затраты элементов на его формирование
Сохранению плодородия почвы, как заключают В.М. Кильдюшкин, А.Г. Солдатенко, Е.Г. Животовская и др. (2014), способствует не только благоприятный водный, питательный режимы и другие условия, но и использование пожнивно-корневых остатков культур в севообороте.
Люцерна, занимая скромное место в общей площади посевов сельскохозяйственных культур, является ценной кормовой культурой, которая не только позволяет увеличить производство растительного белка, но и способствует сохранению и воспроизводству плодородия почвы. Благодаря наличию у люцерны глубоко проникающей корневой системы, в почве накапливается значительное количество органического вещества с определенным запасом пластических веществ азота, фосфора, калия, кальция и других элементов. После распашки люцерны они поступают в почву, ее пищевой режим изменяется к лучшему, и знания об их количестве имеет большое практическое значение для корректировки доз удобрений последующих культур. Биологический азот, усвоенный люцерной в симбиозе с клубеньковыми бактериями, не весь отчуждается с урожаем культуры, определенная часть его остается в почве, обогащая ее этим дефицитным элементом [А.В. Петербургский, 1979; Е.П. Трепачёв, М.С. Ягодина, Б.Ф. Азаров, 1991; Е.П. Трепачёв, 1999; А.Х. Шеуджен, Л.М. Онищенко, Х.Д. Хурум, 2007, С.П. Голобородько, 2009]. Поэтому очевидна важность исследований и установления связей уровня урожайности с количеством пожнивных и корневых остатков.
Оценка вклада люцерны в увеличение запаса органического вещества и биологического азота (с учетом почвенно-климатических условий) при формировании ею определенной величины урожая позволит не только выявить потенциальный запас питательных веществ в почве, но и в дальнейшем оптимизировать систему удобрения последующих культур в севообороте на основе сложившихся параметров почвенного плодородия. В этой связи актуально выявление теоретических и практических аспектов повышения плодородия почвы за счет одновременного обоснования последействия минеральных удобрений, обеспечивающих получение стабильно высоких урожаев люцерны.
При расчете накопления в биомассе люцерны биологического азота и органического вещества, поступающего в почву после уборки и распашки посевов, применяли следующие показатели: коэффициент азотфиксации, соответствующий почвенно-климатической зоне и уровню урожайности культуры; содержание общего азота в урожае и растительных остатках; урожайность сухой зеленой массы люцерны.
Рассчитанные средние значения размеров вовлечения в биологический круговорот симбиотического азота и органического вещества с пожнивно-корневыми остатками, оставляемыми люцерной третьего года жизни в черноземе выщелоченном, показывают, что накопление биологического азота растительными остатками и массы сухого органического вещества в пожнивно-корневых остатках, после люцерны третьего года жизни в пахотном слое почвы, увеличиваются соответственно от 88,3 кг/га и 5,99 т/га на контроле до 138,2 кг/га и 8,45 т/га в результате последействия тройной нормы полного минерального удобрения (таблица 59)
Минеральные удобрения на посевах люцерны оказывают существенное последействие на содержание общего азота в урожае культуры, которое составляет в зависимости от норм удобрений 2,6 – 3,0 %. Накопление общего азота в урожае люцерны зависело от последействия норм удобрений, и на контроле было равно 174,2 кг/га. Одинарные, двойные и тройные нормы полного удобрения увеличивали этот показатель до 217,0; 249,9 и 282,3 кг/га. Урожайность сухой зеленой массы люцерны также зависела от норм применяемых удобрений и составляла на контроле 6,65 и удобренных вариантах 7,92; 8,74 и 9,38 т/га соответственно. Накопление биологического азота определялось продуктивностью культуры, и оно было рассчитано в следующих величинах – 88,3; 105,3; 116,1 и 138,2 кг/га [Л.М. Онищенко, 2014].
Следовательно, с учетом среднего выноса этого элемента культурой (3,3 кг азота) за счет накопления в черноземе выщелоченном пожнивно-корневыми остатками люцерны третьего года жизни общего, и в том числе биологического азота можно получить дополнительно на естественном уровне плодородия 0,88 т/га и 0,67 т/га зерна озимой пшеницы, при использовании в севообороте удобрений в двойной норме – 1,16 и 0,88 т/га, в тройной – 1,38 и 1,09 т/га.
Таким образом, расчеты по накоплению в почве под люцерной третьего года жизни массы сухого органического вещества в пожнивно-корневых остатках растений, по содержанию общего азота, и в том числе биологического, позволили установить, что эти показатели существенно изменяются в зависимости от норм применения удобрений (N0Р0К0; N1Р1К1; N2Р2К2; N3Р3К3). После распашки посевов люцерны масса органического вещества в почве составляет 5,99; 7,14; 7,87 и 8,45 т/га, содержание общего азота – 116,2 кг/га; 138,5; 152,7 и 181,9 кг/га, в том числе биологического – 88,3; 105,3; 116,1 и 138,2 кг/га соответственно [Л.М. Онищенко, 2014].