Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Условия развития склоновой эрозии и методы борьбы с ней (литературный обзор) 7
Глава 2. Объекты и методы исследований 26
2.1. Природно-климатические условия районов исследования 26
2.1.1. Физико-географическая характеристика 27
2.1.2 Геологические и геоморфологические условия 29
2.1.3. Климат 30
2.1.4. Растительность 33
2.1.5. Почвенный покров 34
2.2 Методы исследований 38
Глава 3. Эколого-мелиоративная оценка устойчивости склоновых почв к орошению 42
3.1. Оценка агрочерноземов Предуральской степной зоны 42
3.2. Использование геоинформационных систем для анализа территории 56
3.3. Оценка серых лесных почв Северной лесостепной зоны 61
Глава 4. Влияние удобрений на основе фосфогипса и индюшиного помета на свойства агрочернозема слабоэродированного и урожайность картофеля 70
Глава 5. Оценка эрозионной устойчивости почв 92
Предложения производству 101
Выводы 102
Список литературы 104
- Условия развития склоновой эрозии и методы борьбы с ней (литературный обзор)
- Оценка агрочерноземов Предуральской степной зоны
- Влияние удобрений на основе фосфогипса и индюшиного помета на свойства агрочернозема слабоэродированного и урожайность картофеля
- Оценка эрозионной устойчивости почв
Введение к работе
Актуальность темы. В Южном Предуралье имеется ряд факторов,
способствующих активному развитию водной эрозии почв. Прежде всего, для
региона характерна сильная расчлененность рельефа, более 42%
сельскохозяйственных угодий расположено на склонах крутизной 1-3, а как известно, смыв почвы начинается при уклоне поверхности 1 [Сильвестров С.И., 1972; Кирюшин В.И., 1996].
Климат региона резко континентальный. Ему присущи суровые и снежные зимы, глубокое промерзание почвы, что приводит к развитию эрозии почв в период весеннего снеготаяния [Комиссаров М.А., Габбасова И.М., 2014]. В вегетационный период, основным фактором развития эрозии являются интенсивные осадки, особенно ливневые, повторяемость которых в регионе составляет 37,3% [Соболь Н.В. и др., 2017].
Южное Предуралье является зоной рискованного земледелия. В последние годы в регионе участились засухи, что вызвало необходимость восстановления, реконструкции и строительства новых систем орошения и на сегодняшний день в республике Башкортостан более 90% земель орошается дождеванием. При таком поливе, особенно на склонах, возможно развитие ирригационной эрозии почв.
Для борьбы с эрозией почв и повышения их плодородия наряду с известными противоэрозионными мероприятиями и агротехническими приемами целесообразно использовать органо-минеральные удобрения на основе отходов агропромышленного комплекса.
Целью исследований явилась оценка эколого-мелиоративного состояния почв, сформированных на склонах разной крутизны и экспозиции для использования в условиях орошения и разработка органо-минеральных удобрений для повышения плодородия и эрозионной устойчивости почв.
Задачи исследования: 1. Дать эколого-мелиоративную оценку
устойчивости склоновых почв к деградационным процессам при орошении в Предуральской степной и Северной лесостепной зонах.
2. Изучить влияние применения удобрений на основе фосфогипса и
индюшиного помета на агрохимические, водно-физические свойства,
урожайность картофеля и его качество на агрочерноземе слабоэродированном.
3. Провести анализ экономической эффективности применения органо-
минеральных удобрений.
4. Выявить устойчивость агрочернозема слабоэродированного к
ливневым осадкам в зависимости от крутизны склона и при внесении
удобрений на основе фосфогипса и индюшиного помета.
Научная новизна. Впервые для условий Южного Предуралья проведена мелиоративная оценка устойчивости склоновых почв к деградационным процессам при орошении. Показано, что в Предуральской степной зоне высокой устойчивостью к деградации при орошении обладают агрочерноземы, сформированные на склонах с уклонами до i=0,079 (покатые), а в Северной лесостепи даже на пологих склонах i=0,040-0,061 серые остаточно-карбонатные почвы недостаточно устойчивы. Впервые в регионе проведены исследования по совместному использованию отходов агропромышленного комплекса, а именно фосфогипса и индюшиного помета в качестве удобрения. Показано, что их внесение в агрочернозем слабоэродированный способствует не только улучшению водно-физических и агрохимических свойств почвы, но и повышению их устойчивости к водной эрозии при ливневых осадках и орошении.
Практическая значимость. Полученные данные по устойчивости почв к деградационным процессам при орошении на склонах различной крутизны необходимы при проектировании и строительстве оросительных систем в Южном Предуралье. Выявленные в полевом и модельном опыте соотношения и дозы совместного внесения удобрений на основе фосфогипса и индюшиного помета могут быть использованы для повышения плодородия и устойчивости почв к развитию водной эрозии при ливневых осадках и орошении.
Основные положения, выносимые на защиту: 1. Эколого-мелиоративное состояние агрочерноземов миграционно-мицелярных позволяет их использовать под орошение без ограничений, в свою очередь эколого-мелиоративное состояние серых остаточно-карбонатных почв позволяет выращивать на них только многолетние травы.
2. Совместное внесение фосфогипса и индюшиного помета в
соотношении 1:5 и 1:2 в дозах 40 и 60 т/га способствует улучшению
агрофизических и агрохимических свойств агрочернозема глинисто-
иллювиального слабоэродированного, а так же способствует повышению
урожайности при высокой экономической эффективности.
3. Использование фосфогипса и помета в качестве удобрений приводит к
повышению водно-эрозионной устойчивости почв при ливневых осадках и
орошении.
Личный вклад автора. В диссертационную работу входят результаты проведенных исследований (2014-2018 г.г.) в пределах Предуральской степной зоны на участке Альшеевской межхозяйственной оросительной системы и в Северной лесостепной зоне на участке Юрмашевской межхозяйственной оросительной системы, а также в условиях полевого опыта с использованием
фосфогипса и индюшиного помета и в лабораторных условиях при моделировании ливневых осадков для оценки эрозионной устойчивости почв.
Степень достоверности работы подтверждена результатами полевых, а
также современных методов экспериментальных и аналитических
исследований, статистической обработкой полученных результатов и их анализом и обобщением.
Апробация работы и публикации. Основные положения
диссертационной работы доложены и опубликованы в материалах
международных, Всероссийских и региональных конференциях: «Эколого-
географические проблемы регионов России» (Самара, 2015), «Инновационная
наука и современное общество» (Уфа, 2015), «Актуальные проблемы геодезии,
картографии, геоинформатики и кадастра) (Уфа, 2016, 2018), «Современные
проблемы естествознания» (Уфа, 2016), «Устойчивое развитие территорий:
теория и практика» (Сибай, 2016), VII съезд Общества почвоведов им. В.В.
Докучаева (Белгород, 2016), 3rd Conference of the World Association of Soil and
Water Conservation (Belgrade, 2016), «Проблемы рекультивации отходов быта,
промышленного и сельскохозяйственного производства (Краснодар, 2017),
«Черноземы Центральной России: генезис, эволюция и проблемы
рационального использования» (Воронеж, 2017).
Некоторые этапы работы также были поддержаны грантом РФФИ № 17-45-020546-р_а «Изучение и научно-практическое обоснование основных направлений динамики ландшафтов, выведенных из сельскохозяйственного оборота на рубеже XX и XXI столетий на Южном Предуралье и перспективные пути их оптимального использования».
По материалам диссертации опубликовано 18 печатных работ, в том числе – 4 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, рекомендаций производству, выводов и списка литературы, который состоит из 277 источников, в том числе 53 зарубежных авторов, изложена на 138 страницах машинописного текста, включает 35 таблиц и 8 рисунков.
Условия развития склоновой эрозии и методы борьбы с ней (литературный обзор)
На сегодняшний день, не смотря на достаточную изученность вопроса, водная и ветровая эрозия остаются одним из ведущих факторов деградации почвенного покрова в рамках усиливающейся сельскохозяйственной нагрузки на фоне снижения площадей пахотных почв. Интенсивное развитие эрозии, зависящее от целого комплекса различных факторов, приводит к деградации всех основных свойств почв, вплоть до полного исчезновения гумусово-аккумулятивного горизонта, особенно быстро она проявляется в условиях склоновых сельскохозяйственных ландшафтов, а также при комбинации с оросительной мелиорацией. В связи с чем, возникает необходимость всестороннего изучения процессов, протекающих на данных территориях, их диагностика и оценка, что в дальнейшем позволит разрабатывать эффективные эрозионно-устойчивые методы сельскохозяйственного землепользования [HiltbrunnerD., etal., 2013; MitovaM., RoussevaS., 2014; HristovB., 2014; PrasuhnV., 2015; SwitoniakM., etal., 2015; Васильев С.А. и др., 2015; Точицкий А.А., Заяц Д.В., 2015].
Так, например, В.И. Савич и др. [2015] предлагают проводить оценку развития эрозии во времени и в пространстве с учетом свойств почв и протекающих почвообразовательных процессов. Б.М. Когут [2015] предлагает считать дигностическим показателем уровня развития эрозии и вследствие чего деградации почвы снижение содержания гумуса и соотвественно уменьшение мощности гумусово-аккумулятивного горизонта. Имеено по этим двум показателям и стоит оценивать допустимый уровень развития эрозии.
На примере эродированных агрочерноземов Курской области показано, что необходима оценочная методология для оценки состояния почвенных ресурсов основанная на генетических свойствах почв и экономических условий их использования [Сухановский Ю.П. и др., 2015]. М.С. Кузнецов и Д.Р. Абдулханова [2014] при проведении исследований на дерново-подзолистых и серых лесных почвах, а также на среднесмытых черноземах выявили, что зернопропашной севооборот не может быть использован без применения удобрений из-за опасности потерь гумуса до уровня ниже допустимого. Зернотравяной севооборот с долей многолетних трав 25% так же не применим на смытых дерново-подзолистых почвах по этой же причине. Почвозащитный и зернотравяной севообороты могут использоваться на всех исследованных почвах, независимо от степени их смытости при допустимых потерях почвы, соответственно, 9,3-10 и 6,3-10 т/га в год в зависимости от степени их смытости. Для смытых почв получены меньшие значения допустимых потерь почвы, чем для несмытых за исключением дерново-подзолистых и серых лесных почв, используемых в зернотравяном севообороте с равной долей зерновых и многолетних трав. Исключение составляют также слабосмытые черноземы в почвозащитном севообороте.
Т.Ю. Анисимова [2015] в своей работе считает, что при выборе способа борьбы с водной эрозией пахотных склонов необходимо использовать потенциал биоресурсов агроценозов. В результате исследований установлена высокая агроэкологическая эффективность контурнополосной организации территории землепользования в сочетании с использованием многолетнего люпина в качестве почвозащитной и сидеральной культуры. Показана целесообразность использования многолетнего люпина в качестве сидерата и фитомелиоранта на эродированных дерново-подзолистых супесчаных почвах Владимирской области. При контурной полосной организации территории смыв почвы в среднем за 3 года уменьшился, по сравнению с традиционным продольным размещением, на 2,9-3,7 т/га, что способствовало сохранению гумуса (200 кг), азота (15 кг), фосфора (60 кг) и калия (120 кг). Улучшение агрофизических свойств почвы под посевами культур, расположенных полосами поперек склона, обеспечило увеличение запасов продуктивной влаги в метровом слое почвы под кукурузой на 5-16%, под озимой рожью - на 61-70%. Выявлено положительное влияние изучаемых почвозащитных приемов на агрохимические показатели пахотного слоя почвы: потери гумуса при поперечной обработке снизились на 15-18%, подвижного фосфора - на 18,5%, обменного калия - на 37%, суммы обменных оснований - на 44%.
В тоже время в некоторых районах России существует проблема нехватки плакорных участков для ведения сельского хозяйства и склоновые земли являются единственными доступными территориями для этих целей. Так, например, в условиях малоземельной Кабардино-Балкарии (на одного жителя приходится всего 0,3 га пашни) склоновые земли являются большим резервом производства сельскохозяйственной продукции. Специфические условия склоновых земель (сложный рельеф, мелкоконтурность земельных угодий, маломощность почвы) создают определенные трудности в их использовании и являются природными факторами, определяющими возможность формирования стока - непосредственной причины возникновения эрозии.
Агроэкологическая характеристика склоновых земель существенно отличается от равнинных. Важнейшее отличие состоит в том, что на склоновых землях, особенно горных территорий, наблюдается частая вертикальная и горизонтальная сменяемость и многообразие экологических условий. Особую закономерность для земель данных категорий имеют эрозионные процессы, в частности обусловленные смывом почв. Размывание природного слоя приводит к изменению условий произрастания сельскохозяйственных культур. В связи с чем, предлагаются различные агротехнические приемы для борьбы с проявлением водной эрозии [Кагермазов Ц.Б., 2016].
Ю.Ф. Романцов и Р.В. Сальников [2014] также считают, что для предотвращения развития склоновой эрозии необходимо применять специализированные противоэрозионные почвообрабатывающие орудия, Е.Н. Общия [2014] предлагает использовать специализированные гидротехнические сооружения, Н.А. Батяхина [2014] – на примере серой лесной почвы предлагает использовать в комплексе ресурсосберегающую обработку почвы и агролесомелиоративные приемы. Но все же, скорее всего в комплексе мероприятий по использования почвосберегающих систем обработки почвы и применения различных видов удобрений, ведущая роль в получении устойчиво высоких урожаев и в борьбе с эрозией склоновых почв остается за последними. Так, например А.И. Петелько [2015] в опытах по окультуриванию эродированных почв показал, что решающая роль в ускоренном восстановлении и повышении плодородия смытых эродированных почв (серые лесные) принадлежит минеральным и органическим удоберниям. Ежегодное применение минеральных удобрений в дозах N60Р40K30 и N90Р60K45 способствовало значительному повышению урожая зерновых культур.
С.М. Лукин [2013] в результате анализа многолетних опытов по исследованию роли органических удобрений в земледелии современной Российской Федерации представил прогнозные оценки производства и применения их в период до 2030 г. На основе предложенных им методик расчета оптимальных доз внесения органических удобрений в севооборотах различной специализации представлены таблицы ориентировочных доз внесения органических удобрений (торфонавозного компоста, подстилочного навоза и помета) в полевых севооборотах в различных природно-экономических районах страны, а также поправочные коэффициенты к дозам внесения подстилочного навоза КРС для навоза других животных и птиц, торфонавозных компостов, полужидкого и жидкого навоза, где показана их высокая экономическая эффективность и положительное влияние на сохранение почвенного плодородия.
Ранее, в условиях полевых опытов, проведенных на эродированных черноземах южных в Зауральской степной зоне и черноземах типичных в Предуральской лесостепной зоне Республики Башкортостан было показано эффективное использование местных органо-минеральных удобрений (сплавина, компостированная сплавина, солома, навоз, торф, растительные остатки сельскохозяйственного производства). Применение этих удобрений способствовало улучшению комплекса свойств эродированных черноземов и повышению урожайности [Габбасова И.М. и др., 2008, 2014].
В свою очередь, помимо положительного влияния местных органических удобрений на свойства эродированных почв возникают вопросы экономической эффективности их применения, а также наличия в необходимом количестве и доступности заготовки, например, в вариантах со сплавиной (сплавина представляет собой плавающий на поверхности воды остров, состоящий из корней и побегов различных растительных сообществ). На наш взгляд, одним из дешевых, эффективных, доступных и имеющихся в достаточном количестве источников органического вещества является птичий помет. На сегодняшний день в республике насчитывается около 25 птицефабрик различного направления (промышленные птицефермы, гусеводческие птицефабрики, производство инкубационных яиц, бройлерные птицефабрики, птицефабрики яичного направления, птицеводческие хозяйства, куриное птицеводство, производство пищевых яиц, индюшиная птицефабрика). Количество образующегося помета трудно поддается подсчету, известно только, что в России на птицеводческих хозяйствах ежегодно образуется примерно 20 млн т помета [Лысенко В.П., 2000].
Оценка агрочерноземов Предуральской степной зоны
Исследования проводилось на территории Альшеевской межхозяйственной оросительной системы на двух участках: Раевском – площадью около 900 га и Ново-Сепяшевском – площадью около 300 га. Практически на всех участках выращивается или планируется посев сахарной свеклы [Габбасова И.М. и др., 2015]. Почвенно-экологические условия. Почвенный покров обследованных участков в целом однородный и в соответствии с новой «Классификацией и диагностикой почв России» [2004] почва диагностируется как агрочернозем (тип) в отделе аккумулятивно-гумусовых почв. Все почвы относятся к подтипу миграционно-мицелярных агрочерноземов. Ранее (классификация 1977 года) этот тип не выделялся, а почвы входили в состав типичных и типичных карбонатных черноземов.
Эти почвы сформировались в единообразных условиях, под одинаковым типом растительности, на делювиальных карбонатных желто-бурых глинах и характеризуются сходными морфологическими, агрохимическими, физико-химическими и водно-физическими свойствами. Некоторые различия мезо- и микрорельефа, в первую очередь крутизна склонов, обусловили различную мощность этих почв, степень гумусированности, гранулометрический состав и степень эродированности.
Выделены следующие почвенные разности:
1. Агрочернозем миграционно-мицелярный мощный среднегумусный тяжелосуглинистый.
2. Агрочернозем миграционно-мицелярный среднемощный среднегумусный тяжелосуглинистый.
3. Агрочернозем миграционно-мицелярный среднемощный среднегумусный среднесуглинистый среднекаменистый среднеэродированный.
4. Агрочернозем миграционно-мицелярный маломощный среднегумусный среднесуглинистый среднеэродированный.
5. Агрочернозем миграционно-мицелярный маломощный малогумусный среднесуглинистый сильнокаменистый сильноэродированный.
В пределах обследованного участка агрочерноземы миграционно-мицелярные сформировались на склонах различной крутизны и экспозиции. Различия в выявленных разностях определяются прежде всего мощностью гумусово-аккумулятивного горизонта, который изменяется от 10-15 до 40 см в маломощных сильно эродированных почвах, т.е. в пашню вовлечены иллювиальные горизонты, от 40 до 80 см - в среднемощных и от 80 до 110 см – в мощных. Все почвы характеризуются наличием карбонатов в пределах темногумусового горизонта и вскипают от 10% HCl обычно с поверхности.
Для более полной характеристики морфологических свойств приводим описание разреза № 1, заложенного на выровненном склоне пашни занятой сахарной свеклой:
PU 0-30 см. Темно-серый, влажноватый, порошисто-комковатый, тяжелосуглинистый, уплотнен, слабая плесень карбонатов в нижний части переход по линии вспашки.
AU 30-55 см. темно-серый, влажный, комковато-зернистый, тяжелосуглинистый, более плотный, переход постепенный.
AB 55-100 см. Неоднородно-окрашенный, серовато-бурый, темные гумусовые затеки, светлые желтоватые пятна, влажный, тяжелосуглинистый, зернисто-комковатый, средне уплотнен, псевдомицелий, кротовина на глубине 89 см, переход постепенный.
BCA 100-138 см. Желтовато-бурый, гумусовые затеки по ходу корней, влажный, тяжелосуглинистый, непрочный, комковато-призматический, много слетов кротовин, карбонаты в виде размягченных белых пятен, переход постепенный.
Cca 138-160 см. Буровато-желтый с палевым оттенком, сырой, глинистый, бесструктурный [Габбасова И.М. и др., 2015].
Морфологические свойства мощной категории отличаются большей мощностью не только гумусово-аккумулятивного, но и нижележащих горизонтов (переходного и аккумулятивно-карбонатного). Эти почвы сформированы на слабопологих склонах с уклонами не выше 0,018 (таблица 3.1). Среднемощные почвы расположены в основном на пологих склонах. При уклонах 0,035-0,037 выявлена слабая эродированность этих почв. На покатых участках с уклонами 0,039-0,079 залегают преимущественно маломощные среднегумусные, а покато-крутых (0,071-0,100) – маломощные малогумусные сильноэродированные почвы. При этом слабопологие и пологие склоны имеют преимущественно северо-восточную экспозицию, а покатые и покато-крутые – западную.
Среднемощные среднесуглинистые почвы и маломощные отличаются присутствием камней в профиле или с поверхности, особенно в сильноэродированных разностях.
Мощные и среднемощные почвы характеризуются близкой к нейтральной или слабощелочной реакцией среды в темногумусовых горизонтах, с глубиной она возрастает до щелочной (таблица 3.2). В эродированных почвах щелочная реакция наблюдается с поверхности.
По содержанию гумуса все почвы относятся к среднегумусным (от 6,18 до 8,48%), и только сильноэродированные почвы – малогумусные (4,61-5,78%). Следует отметить, что с увеличением крутизны склонов от слабопологих до покато-крутых содержание гумуса уменьшается и составляет в среднем 7,89±0,15; 7,15±0,41 и 5,02±0,44 соответственно, при этом все различия достоверны.
Вниз по профилю содержание гумуса снижается постепенно и в мощных вариантах даже на глубине более 1 м составляет около 1,60%. Количество щелочногидролизуемого азота в пахотных горизонтах изменяется в широком диапазоне от 150 до 200 мг/кг и характеризует высокую обеспеченность почв азотом [Кирюшин В.И., 1996]. Причем довольно значительное его содержание наблюдается до глубины 70-105 см (210 мг/кг), что благоприятно для выращивания сахарной свеклы. Все изученные почвы содержат очень незначительное количество как общего, так и подвижного фосфора. Обеспеченность этим элементом даже в мощных почвах оценивается как низкая (II класс), а в отдельных разрезах среднемощных среднеэродированных почв и в сильноэродированных составляет менее 20 мг/кг, то есть обеспеченность фосфором очень низкая (I класс).
Содержание обменного калия во всех почвах изменяется от 120 до 176 мг/кг, что определяет высокую обеспеченность калием (V класс).
Анализ содержания водорастворимых солей показывает отсутствие засоления по всему профилю почв.
Влияние удобрений на основе фосфогипса и индюшиного помета на свойства агрочернозема слабоэродированного и урожайность картофеля
Одним из эффективных приемов для почво-сберегающего и продуктивного земледелия является внесение различных органических удобрений, как отдельно, так и совместно с различными местными агрорудами, мелиорантами и отходами сельскохозяйственного и промышленного производства. Так, например, В.С. Зыбалов и И.П. Добровольский [2013] в полевых опытах на черноземах выщелоченных и обыкновенных выявили возможность использования местного сырья (торф, бурый уголь, глауконит, отходы промышленного, сельскохозяйственного производства) в качестве удобрений и мелиорантов.
В работе В.С. Цховребова и др. [2011] показана эффективность внесения таких агроруд как апатит, фосфогипс, известняк, лессовидный суглинок на плодородие выщелоченных черноземов. Демидова Н.А. и др. [2013] предлагают использовать компосты на основе древесной коры в качестве удобрения при выращивании саженцев черной смородины. В серии работ И.С. Белюченко и др. [2013, 2014, 2015] показано положительное влияние сложного компоста, состоящего из полуперепревшего навоза, растительных остатков и фосфогипса на изменение агрохимических свойств агрочерноземов. Компост на основе птичьего помета и отходов деревообрабатывающей промышленности оказывал положительное влияние на фотосинтетическую деятельность и формирование урожая картофеля [Васильев А.А., 2013]. G.A. Ogunwandeи др. [2014] предлагают компостировать куриный помет и свиной навоза с опилками и рисовой шелухой, В.А. Петрунина и др. [2013] – торф и отходы животноводства, птицеводства и деревообрабатывающей промышленности, K. Kuczewski и J. Lomotowski [2001] - подстилку из птичников с соломой и фосфогипсом, R. Toncheva и др. [2014] – птичий помет и осадки сточных вод, ChenYa-juan и др. [2014] – куриный помет с опилками, А.А. Артемьев [2014] куриный помет и цеолитсодержащие породы, О.А. Мельник и др. [2011] -фосфогипс, навоз и птичий помет, M. Belic и др. [1999] - фосфогипс, стойловый навоз и торф, Н.М. Банников [2006] – куриный помет, дефекат и фосфогипс.
При изучении влияния внесения мочевины, птичьего помета и опилок, а также композиций на их основе под культуры зернопарового севооборота показано, что биологическая активность агрочернозема возрастает за счет увеличения разнообразия, численности и биомассы мезобионтов. Оптимизацию агрохимических свойств, при внесении в почву опилок совместно с птичьим пометом и мочевиной, а также мочевины и птичьего помета в дозе 3 т/га показали О.А. Ульянова и др. [2015]. И.В. Русакова и Д.К. Медин [2014] оценивали применение птичьего помета в сочетании с соломой на дерново-подзолистой супесчаной почве под зерновые культуры. А.С. Мееровский и др. [1985] изучали возможность эффективного раздельного использования в составе комплексных гранулированных удобрений (КГУ) глиносолевых шламов и фосфогипса под ячмень и лен на дерново-подзолистой почве. Использование двух видов отходов в составе КГУ с нормой N70Р70К90 обеспечило получение урожая зерна ячменя 50,2 ц/га. Средняя прибавка урожая льносоломки по сравнению с Р60К90 от гранул КГУ составила 8,2 и 9,3 ц/га.
В работе С.Г. Гороховой [1987] жидкие органо-минеральные смеси (ОМС) вносили по схеме: 1 - контроль, 2 - 300 м3/га жидкого ила + 2 т/га фосфогипса (N120Р120), 3 - ОМС - 150 м3 жидкого ила + 5 т/га фосфогипса + 0,15 т/га мочевины, 4 - 0,40 т/га суперфосфата + 0,35 т/га мочевины (N120Р120), 5 - 300 М3/га жидкого ила + 0,13 т/га суперфосфата (N120Р120), 6 -жидкий навоз (N120Р120). Показано, что ОМС усиливают нитрификационные процессы в пахотном слое почвы. На фоне ОМС увеличивается продуктивный стеблестой и озерненность колоса. Урожай зерна озимой пшеницы составил в среднем 24, 39,8, 34, 30, 34,8, 36,3 ц/га. На фоне жидких ОМС формируется более высококачественное зерно с содержанием клейковины 32% и сырого протеина 16,3%. Показано, что в полевых опытах по применению гидролизного лигнина в чистом виде и в виде компостов с навозом или птичьим пометом под озимую пшеницу прибавка урожая составила от 0,7 до 6,0 ц/га условного зерна, эти удобрения не приводят к избыточному накоплению нитратов в зеленой массе таких растений, как горох, ячмень, озимая пшеница [Годунова Е.И. и др., 1999].
В работах Ю.Н. Помазановой и Л.Б. Попок [2010, 2012] при совместном внесении куриного помета с фосфогипсом в вегетационных опытах показано, что помет и его смесь с фосфогипсом положительно сказались на росте и развитии растений озимой пшеницы и овса, как в год внесения, так и последнего. Увеличилось количество побегов, количество колосков в колосе, количество зерен в растениях, а также отмечалось улучшение физико-химических свойств почвы, что способствовало усвоению питательных веществ растениями.
Необходимо отметить, что во многих работах показано положительное влияние использования фософгипса на свойства почв, урожайность и качество культур [Oates K.M., Caldwell A.G., 1985; Mays D.A., Mortvedt J.J., 1986; Rauta C., 1986; Saigusa M. et al, 1994; Krutilina V.S. et al, 2001; Борисов П., 2001; Белюченко И.С. и др., 2008 а,б, 2009 а,б, 2010; Гукалов В.Н., Мельник О.А., 2010; Петух Ю.Ю., 2010; Колесников С.И. и др., 2011; Irshad M. и др., 2012; Помазанова Ю.Н., Попок Л.Б., 2012]. Вместе с тем для стабилизации гумусного состояния почв совместно с фосфогипсом вносят различные органические субстраты такие как: птичий помет, навоз, осадки сточных вод, торф, сапропель, отходы свиноводческого комплекса и т.д. [Мееровский А.С. и др., 1985; Лиштван И.И., 1987; Чеботарев Н.Т., 2002; Рымарь В.Т. и др., 2004; Базегский Э.П. и др., 2010; Белюченко И.С. и др., 2010; Помазанова Ю.Н., Попок Л.Б., 2010; Громыко Е.В. и др., 2012; Домашенко Ю.Е., 2012].
В республике Башкортостан при производстве экстракционной фосфорной кислоты на основе апатитов и серного колчедана ежегодно образовывается около 500 тыс. тонн фосфогипса, так же в республике интенсивно развивается птицеводство. Имеются куриные, гусиные и индюшиные фабрики, где ежегодно образуются тысячи тонн помета. В связи с этим, целью наших исследований явилось изучение влияния применения удобрений на основе фосфогипса и индюшиного помета на агрохимические, водно-физические свойства почв и урожайность картофеля.
Почва опытного участка – агрочернозем глинисто-иллювиальный среднемощный легкоглинистый среднеэродированный на аллювиально-делювиальной карбонатной глине.
Полевой опыт был заложен в трех повторностях по следующей схеме: 1. Контроль; 2. Фосфогипс в дозе 5 т/га; 3. Фосфогипс в дозе 10 т/га; 4. Фосфогипс в дозе 20 т/га; 5. Фосфогипс и Помет, соотношение 1:10, доза 40 т/га; 6. Фосфогипс и Помет, соотношение 1:10, доза 60 т/га; 7. Фосфогипс и Помет, соотношение 1:5, доза 40 т/га; 8. Фосфогипс и Помет, соотношение 1:5, доза 60 т/га; 9. Фосфогипс и Помет, соотношение 1:2, доза 40 т/га; 10. Фосфогипс и Помет, соотношение 1:2, доза 60 т/га; 11. Помет в дозе 40 т/га; 12. Помет в дозе 60 т/га.
Идюшиный помет перед внесением обрабатывали биопрепаратом «Биосептинол». Почвенные образцы отбирались через месяц после закладки опыта – весной и осенью 2015 и 2016 годов и осенью 2017 года с глубины 0-20 см. На опытных участках три года подряд выращивали картофель сорта «Снегирь».
Водно-физические свойства. Внесение фосфогипса и органических веществ оказывает влияние на весь комплекс почвенных свойств. Происходят изменения и водно-физических свойств – повышается водоудерживающая способность, улучшается структурно-агрегатный состав и его водопрочность, снижается плотность и т.д. [Панов Н.П. и др., 1985; Докучаева Л.М., Сыпко М.Е., 1987; Белюченко И.С., Славгородская Д.А., 2011, 2013; Гукалов В.В., Славгородская Д.А., 2011; Белюченко И.С., 2014; Балакай Г.Т. и др., 2015].
Плотность почвы является важным агрономическим показателем. Оптимальной для развития корневой системы является плотность почвы, при которой шкала пенетрометра показывает от 0 до 200 psi или до 1379 кПа. Анализ полученных данных показывает, что в первый год после внесения удобрений наблюдалось наиболее существенное снижение плотности по всем вариантам опыта. Максимальное снижение произошло на вариантах Фосфогипс и Помет (соотношение 1:2 и 1:5, доза 60 т/га), где величина составила 380-388 кПа, при 1114 кПа на контрольном варианте. В последующие годы плотность заметно возросла, но оставалась в диапазоне оптимальном для растений (таблица 4.1) [Сулейманов Р.Р., Сайфуллин И.Ю., 2017].
В наших исследованиях внесение в почву фосфогипса и индюшиного помета также привело к изменению ее водно-физических свойств. Их совместное внесение способствовало увеличению запасов влаги в почве. Самые высокие запасы наблюдались в первый год на вариантах с совместным внесением фосфогипса и помета в соотношении 1:2 и 1:5. Эффективность этих удобрений была особенно выражена в следующем острозасушливом 2016 году и на третий 2017 год исследований (среднестатистический по климатическим условиям) (рисунок 4.1).
Оценка эрозионной устойчивости почв
В отечественной и зарубежной практике широкое распространение получило использование фосфогипса как отдельно, так и присовместно с различными органическими удобрениями (навоз, лигнин, помет) в качестве мелиоранта для улучшения состояния солонцов, в том числе и орошаемых [Жуков С.Н., Торина Н.А., 1983; Еськов А.И. и др., 1984; Скуратов Н.С., Науменко З.С., 1984; Науменко З.С., 1985; Скуратов Н.С., Докучаева Л.М., 1985; Скуратов Н.С. и др., 1987; Окорков В.В., Мухамеджанова А.К., 1987; Miller W.P., 1987; Дурицина Л.В., 1988; Белкин А.А., Марьин А.Н., 1995; Матвеев В.М., 1998; Петров Л.Н. и др., 1996; RajkovicM.B., Karljikovic-RajicK., 1998; Шалашова О.Ю., Докучаева Л.М., 2001; Новиков А.А., Тимохин Д.А., 2005; Мелихов В.В., 2009; Адьяев С.Б. и др., 2010; Воропаева З.И. и др., 2011; Докучаева Л.M., Юркова P.E., 2012; Кониева Г.Н. и др., 2012; Юркова Р.Е., 2012; Баранов А.И., Радевич Е.В., 2014; Градобоева Н.А., Чирятьева Е.П., 2014].
В тоже время проводились работы и на других типах орошаемых почв, так например П.И. Кукоба и С.А. Балюк [1986] опыты проводили на черноземах типичных и обыкновенных. В полевых опытах для снижения отрицательных последствий орошения применяли следующие приемы: внесение фосфогипса, использование различной глубины (от 25-27 до 37-40 см) вспашки, различных доз удобрений. Наиболее эффективным оказалось внесение под глубокую (37-40 см) вспашку 50 т/га навоза, N150Р100К150 и 5 т/гафосфогипса. При этом рН стабилизировался на оптимальном уровне, улучшалась структура почвы, уменьшилось в почве количество поглощенного натрия, в 2-3 раза возросла биологическая активность почвы, урожай ячменя возрос с 18,8 ц/га (контроль) до 35,2 ц/га. В мелкоделяночном опыте наибольший эффект также достигался при взаимодействии 4 факторов: глубины вспашки, минеральных удобрений, навоза и фосфогипса. Причем наибольшее действие оказывали NPK, затем навоз. Положительный эффект фосфогипса проявился сильнее при последействии. В.И. Тюльпанов и Хассан Кор [1993] для мелиорации ирригационно-слитых черноземов применяли апатит, известняк-ракушечник, фосфогипс, азотную кислоту. В их работе было показано улучшение агрофизических свойств почв и повышение урожайности кукурузы на силос.
В полевых опытах на обыкновенных малогумусных черноземах, орошаемых минерализованной водой, систематическое применение фосфогипса и подбор солеустойчивых гибридов кукурузы позволило снизить ее водопотребление, оросительные нормы и обеспечить высокую продуктивность. Применение фосфогипса способствовало значительному улучшению агрофизических и физико-химических свойств почвы, уменьшению объемной массы пахотного слоя 1,25-1,37 до 1,15-1,16 г/см3 и содержанию поглощенного натрия - с 2,5 до 1,2% от емкости обмена [Магала В.А. и др., 1987].
Л.М.Миронова и О.Е.Найденова [1996] изучали влияние орошения на микробиологические и биохимические процессы в черноземе типичном, а также на гумификацию навоза и растительных остатков в условиях орошения при схеме опыта: 1) минеральный фон - N70P80K65 - ежегодно; 2) N70P80K65 -ежегодно +фосфогипс2 т/га 1 раз за ротацию; 3) навоз 60 т/га за ротацию; 4) навоз 60 т/га +фосфогипс2 т/га за ротацию. Было установлено, что влияниефосфогипсана величину коэффициентов гумификации при орошении не обнаружено, однако выявлена тенденция к снижению минерализующей функции микробного ценоза и закреплению в почве прочных гумусовых веществ.
В.Т.Рымарь и Г.П.Покудин [1996] для защиты черноземов от эрозии при орошении также предлагают внесение кальций содержащих мелиорантов (3 т/га фосфогипса 1 раз за ротацию). Разработанная ими система включает в себя гипсование и ярусную вспашку, наиболее эффективным фосфорным удобрением явилсяфосфогипс, а азотным - оксамид. Также имеются сведения об улучшении структуры почв при внесении фосфогипса, что приводит к снижению развития водной эрозии при орошении [Lopez-Bruna D., Aragues R., 1996; Zhang X.C. et al., 1998]. В полевых опытах (2006-2008 гг.) на темно-каштановой среднесуглинистой слабосолонцеватой почве исследовали влияние способа внесенияфосфогипса(под предпосевную культивацию и в ленту посева) на фоне аммиачной и кальциевой селитры на содержание и ионный состав водорастворимых солей в поверхностном слое почвы и на урожай репчатого лука (сорта Халцедон) в условиях капельного орошения минерализованными водами. Было установлено, что капельное орошение способствовало накоплению легкорастворимых солей в слое почвы 0-30 см как в лентах посева (в 2 раза), так и между ними (1,3 раза), причем рост общей суммы солей в почвенном растворе происходил, главным образом, за счет увеличения концентрации ионов натрия и хлора. Внесение фосфогипса повышало сумму солей в зоне увлажнения на 0,083-0,087% за счет его химических составляющих, но при этом снижало долю обменных одновалентных катионов в ППК почвы на 0,7-1,1%, что приводило к снижению интенсивности ее вторичного осолонцевания [Мартыненко Т.А., 2014].
Е.В. Радевич и А.И. Баранов [2015] изучали влияние внесения различных доз фосфогипса на физические и физико-химические свойства орошаемых темно-каштановых почв Ростовской области. При схеме опыта 1) отвальная обработка почвы на глубину 20-22 см (контроль); 2) отвальная обработка почвы на глубину 20-22 см + 10 т/гафосфогипса(10 т/га Ф); 3) отвальная обработка почвы на глубину 20-22 см + 40 т/га фосфогипса (40 т/га Ф); 4) имитация фрезерной обработки почвы на глубину 20-40 см + 10 т/га фосфогипса (ИФО + 10 т/га Ф) было показано, что внесение фосфогипса в дозе 40 т/га привело к снижению плотности почвы в слое 0-20 см в первый год последействия на 9,0%, в 2012 году - на 10,3%. Результаты внесения 10 т/га фосфогипса занимали промежуточное положение между результатами в контрольном варианте и варианте с внесением 40 т/га фосфогипса. В слое почвы 20-40 см также отмечено снижение плотности, но в меньшей степени. В варианте имитации фрезерной обработки почвы получены положительные результаты по всему слою 0-40 см с долговременным сохранением полученного результата. Слои почвы 0-20 и 20-40 см в данном варианте имели равномерную плотность, в среднем за 2012 год равную соответственно 1,27 и 1,29 т/м3. Внесение фосфогипса способствовало уменьшению содержания пылеватых частиц и оструктуриванию почвенных горизонтов. Вариант имитации фрезерной обработки показал наилучшие результаты. Почва приобрела гомогенную мелкокомковатую структуру, которая сохранилась на протяжении всего периода исследований. В вариантах с поверхностным внесением фосфогипса наблюдалось увеличение содержания гумуса в слое 0-20 см на 5,4-6,3% в сравнении с контролем. Вариант ИФО + 10 т/га Ф показал наилучшие результаты: содержание гумуса увеличилось на 7,2% в сравнении с контрольным вариантом.
Таким образом, по литературным данным можно сделать вывод, что использование фосфогипса совместно с органическими добавками способствует улучшению свойств орошаемых почв и приводит к снижению интенсивности развития водной эрозии. Как показано выше, оросительные системы в Предуралье зачастую строятся на участках в достаточно сложных геоморфологических условиях. В этой связи целью исследований явилась оценка устойчивости агрочерноземов сформированных на склонах различной крутизны к водной эрозии и противоэрозионная эффективность применения фосфогипса и помета.
Исследования проводились в лабораторных условиях на малогабаритной дождевальной установке, разработанной в лаборатории почвоведения Уфимского Института биологии РАН [Соболь Н.В. и др., 2017]. Почва в ненарушенном состоянии отбиралась по вариантам полевого опыта с использованием фосфогипса и индюшиного помета и помещалась в лотки длиной один метр, шириной двадцать и высотой двенадцать сантиметров. Почва в лотках высушивалась до воздушно-сухого состояния. Лотки устанавливали на дождевальную установку, с помощью сопел капилляров создавали капли диаметром 3 мм, которые вытекали с одинаковой высоты. Интенсивность полива составляла 5 мм/мин, время полива – 30 минут, что соответствует сильному ливню, а количество проливаемого слоя воды – доля слоя эрозионно-опасных ливней равной 37,3% от общей суммы осадков за год. Уклоны составили 1, 3 и 7 градусов, т.е. моделировали пологие, покатые и покато-крутые склоны. Смытая в результате дождевания почва поступала в специальный резервуар с бумажным фильтром, по окончании эксперимента фильтры высушивали, а наносы использовали для аналитических исследований (определялась масса смытой почвы, гранулометрический состав и содержание гумуса). Опыт проводился в трехкратной повторности, в таблицах и графиках приводятся усредненные данные.
Как показал проведенный лабораторный эксперимент, при уклоне в 1 максимальная масса смытой почвы отмечалась на контрольном варианте, которая составила 229,18 г/м2или 2,3 т/га. При этом максимальное количество смытой почвы отмечалось в первые три минуты эксперимента (15,52-11,85 г/мин при величине стока 18-21 мм за 3 минуты).Далее наблюдалось постепенное снижение с 8,22 г/мин на 5 минуте до 6,63 г/мин на 30 минуте эксперимента, при этом средняя мутность стока составила 1375,0 г/м3 (таблица 5.1). По всей видимости, такой начальный сток обусловлен тем, что в первые 3 минуты эксперимента происходит смыв наиболее легких и не связанных почвенных частиц. Как видно из таблицы 5.2. в это время смывались преимущественно частицы мелкой и средней пыли (0,005-0,001 и 0,05-0,01 мм). Содержание гумуса в них (6,93%) было несколько выше, чем в исходной почве (6,57%).