Содержание к диссертации
Введение
І. Роль органического вещества в устойчивом функционировании естественных и антропогенно изменённых экосистем 8
1.1. Органическое вещество как фактор, обеспечивающий оптимальные физические условия почвы для живых организмов 8
1.2. Органическое вещество как источник питания растений 15
1.3. Органическое вещество и плодородие почвы 20
1.4. Современное гумусное состояние чернозёмов 24
2. Экологические условия лесостепи поволжья. методы и методика исследований 29
2.1. Почвенный покров 29
2.2. Климатические условия 33
2.3. Объекты, методы и методики исследований 38
3. Оценка гумусного состояния чернозёмов закамья республики Татарстан .. 45
3.1. Динамика содержания и запасов гумуса чернозёмов за 1987 - 2001 гг 48
3.2. Оценка состояния чернозёмов на основе сравнительного анализа почвенных разрезов, заложенных в 1956 и 2003 гг 56
3.2.1. Содержание и запасы гумуса. Агрохимические показатели 58
3.2.2. Групповой и фракционный состав гумуса 63
3.3. Оценка состояния чернозёмов на основе мониторинга реперного участка 67
3.3.1. Агрохимические показатели 67
3.3.2. Содержание и запасы гумуса 71
3.3.3. Динамика содержания тяжёлых металлов 76
3.4. Оценка современного состояния чернозёмов на основе сравнительного анализа почвенных разрезов, заложенных в 2003 году, с моделями высокого плодородия почв 84
4. Гумусное состояние черноземов ульяновской области на примере учхоза УГСХА 89
4.1. Изменение содержания и запасов гумуса за 1981 -2001 годы 89
4.2. Динамика урожайности сельскохозяйственных культур и прогноз гумусового баланса 93
5. Оптимизация гумусного состояния черноземов 98
5.1. Структура использования пашни и севооборотов 99
5.2. Обработка почвы 105
5.3. Система удобрений 114
6. Энергетическая оценка приемов регулирования гумусного состояния чернозема выщелоченного 119
Выводы 127
Предложения производству 130
Список использованной литературы 131
Приложения 154
- Органическое вещество как источник питания растений
- Современное гумусное состояние чернозёмов
- Оценка современного состояния чернозёмов на основе сравнительного анализа почвенных разрезов, заложенных в 2003 году, с моделями высокого плодородия почв
- Динамика урожайности сельскохозяйственных культур и прогноз гумусового баланса
Введение к работе
Актуальность проблемы. Кризисная экологическая ситуация, сложившаяся к настоящему времени, стала очевидной. К числу наиболее острых проблем приходится с неизбежностью отнести деградацию почв и разрушение почвенного покрова, что тесно коррелирует с плодородием почвенных экосистем.
Проблему плодородия почв справедливо связывают с её гумусным состоянием. Особая роль органического вещества в плодородии объясняется его глобальным воздействием на все агрономически важные свойства почвы, его энергетическим значением, тесной сопряженностью его превращений с комплексом агрономических приёмов, трудностью воспроизводства органического вещества почвы. Актуальность её не только не снижается во времени, а становится всё более острой и злободневной, о чём, в частности, свидетельствует возросшее число тревожных сообщений, связанных с дегумификацией почв, которая охватила практически все земледельческие районы земного шара.
Неблагоприятное гумусное состояние (прежде всего черноземов) характерно и для сельскохозяйственных угодий Среднего Поволжья. В том числе за последние 35 лет средневзвешенное содержание гумуса в почвах Республики Татарстан уменьшилось на 0,7 %; в Ульяновской области при доле черноземов в почвенном покрове 69,1 % среднее содержание гумуса не превышает 4,5 %. В связи с этим определение количественных и качественных параметров органического вещества, соответствующих состоянию экологического равновесия в почве, раскрытие его природы и разработка на этой основе методов целенаправленного воспроизводства почвенного плодородия - актуальная научно-практическая задача.
Исследования являются составной частью плана научной работы Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия» (ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХА»).
Цель и задачи исследований. Целью исследований являлось проведение агроэкологической оценки современного гумусного состояния чернозёмов
Среднего Поволжья (на примере Закамья Республики Татарстан и учебно-опытного хозяйства УГСХА Ульяновской области), обоснование и разработка путей оптимизации режима органического вещества почвы.
В программу исследований входило решение следующих задач:
изучить динамику содержания и запасов гумуса в чернозёмах Закамья Республики Татарстан за 1987 - 2001 гг. и Ульяновской области -за 1981-2001 гг.;
дать оценку гумусного состояния чернозёмов по групповому и фракционному составу гумуса;
провести оценку современного состояния чернозёмов на основе мониторинга реперного участка;
разработать систему восстановления органического вещества почвы на основе полевых крупноделяночных опытов;
определить биоэнергетическую эффективность приёмов воспроизводства содержания и запасов гумуса в почве.
Научная новизна. Применительно к условиям Среднего Поволжья проведена комплексная агроэкологическая оценка современного гумусного состояния чернозёмов региона. Установлены количественные и качественные их параметры. На основе длительных полевых экспериментов разработана система оптимизации режима органического вещества чернозёма выщелоченного. Проведена биоэнергетическая оценка приёмов воспроизводства органического вещества почвы.
Практическая значимость. Внедрение результатов исследований в сельскохозяйственное производство позволит обеспечить сохранение содержания и запасов гумуса за счёт оптимизации структуры использования пашни и севооборотов, системы обработки почвы и удобрений с максимальным использованием биогенных ресурсов агроэкосистем.
Защищаемые положения. На защиту выносятся следующие положения:
- закономерности и нормативные показатели изменения содержания и за
пасов гумуса в чернозёмах Закамья Республики Татарстан и Заволжья Ульянов-
ской области;
особенности и специфичность группового и фракционного состава гумуса чернозёма выщелоченного и его изменение под влиянием антропогенных факторов;
возможность и целесообразность освоения системы воспроизводства гумуса в почвах;
оценка биоэнергетической эффективности приёмов сохранения плодородия (в том числе содержания и запасов гумуса) чернозёмов Среднего Поволжья.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований апробированы в производственных условиях Закамья Республики Татарстан, внедрены в ряде хозяйств Заволжья Ульяновской области и используются в учебном процессе ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХА».
Личный вклад соискателя. Соискателем лично разработана программа исследований, проведены полевые и лабораторные исследования, сделаны обобщения полученного экспериментального материала, а также выводы и рекомендации производству.
Апробация работы. Результаты исследований и положения диссертации докладывались и обсуждались на внутривузовских научных конференциях Ульяновской ГСХА (1997 - 2003), на Всероссийской конференции «Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям (Москва, 2000), на научно-практической конференции «Основные направления совершенствования систем земледелия на адаптивно-ландшафтной основе» (Ульяновск, 2000), на Всероссийской научно-практической конференции «Агроэкологические проблемы сельскохозяйственного производства в условиях техногенного загрязнения агроэкосистем» (Казань, 2002 г.), на Международной научной конференции «Роль почвы в формировании естественных и антропогенных ландшафтов» (Казань, 2003), на региональной научной конференции молодых учёных «Молодые учёные - агропромышленному комплексу» (Казань, 2004 г.), на Всероссийской научно-практической конференции «Агроэкологические про-
блемы сельскохозяйственного производства в условиях антропогенного загрязнения» (Ульяновск, 2004).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 13 работ.
Объём и структура работы. Диссертация изложена на 153 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 6 глав, выводов и предложений производству, включает 30 таблиц, 16 рисунков и 16 приложений. Список литературы включает 258 источников отечественных и зарубежных авторов.
Автор выражает искреннюю признательность коллективам: кафедры почвоведения, агрохимии и агроэкологии Ульяновской ГСХА, САС «Альметьев-ская» и СИАК Юго-Восточного ТУ Министерства экологии и природных ресурсов Республики Татарстан за поддержку и помощь при выполнении работы.
Органическое вещество как источник питания растений
Количеством элементов минерального питания растений, содержащихся во фракции почвенного органического вещества в природных системах, регулируется общая продуктивность биомассы в экосистеме (Л. Грандо, 1872; А. А. Прозоровская, 1936; М. Д. Рыдалевская, И. А. Терешенкова, 1956). Органическое вещество почвы, безусловно, является самым крупным источником питательных веществ, обеспечивающим сбалансированное по макро- и микроэлементам высокоусвояемое минеральное питание растений (Iodidi, 1910; С. С. Драгунов, Е. Ф. Бахтина, 1935; Н. И. Болотина, 1947; Л. А. Христева, 1947, 1953; Bremner, 1955; Э. И. Шконде, 1966).
Так, по данным М. М. Кононовой (1963), в нём заключено 98 % всего запаса азота почвы, 80 % серы и 60 % фосфора. Суммарное количество питательных веществ в органическом веществе прямо зависит от общего содержания его в почве. Чем выше его содержание, тем больше потенциальный выход элементов питания (М. М. Кононова, Н. А. Панкова, 1950; Vogt, Grier, Meier, Keyes, 1983;Р.Тейт,1991).
Н. А. Титова и др. (1995) выделяют две группы продуктов органомине-рального взаимодействия (ПОМВ): органоглинистые ПОМВ и металлоорганические продукты взаимодействия, составляющие основную массу лёгких фракций. Органоглинистые продукты взаимодействия концентрируют основную массу органического вещества почвы, поэтому и основные запасы таких элементов как углерод, азот, фосфор, сера и их доступных соединений. По данным авторов, в органическом веществе ила дерново-подзолистой почвы содержится 78 - 93 % валового азота, большая часть фосфора, в том числе 80 — 95 % его растворимых соединений. Металлоорганические продукты взаимодействия в составе лёгких фракций также участвуют в накоплении в почве азота, фосфора, серы, хотя и в меньших количествах (Schnitzer, Skinner, 1965; Bloomfield, Kelson, Pruden, 1976;). Специфическими чертами этих гуминовых кислот являются малая прочность связывания фосфат-ионов и отсутствие их сорбции в диапазоне равновесных концентраций, характерном для пахотных почв. В почве они являются постоянным источником поступления и накопления растворимого фосфора, по-видимому, в наиболее ценной для растений форме, так как фосфор лёгких фракций проходит стадию микробиологической трансформации.
Пул питательных веществ в почве может быть весьма значительным, однако они остаются недоступными для растений до тех пор, пока почвенные микроорганизмы не метаболизируют органические вещества с образованием минеральных форм, которые могут усваиваться растениями. Процесс минерализации во многих экосистемах — это фактор, лимитирующий скорость образования биомассы. «Минерализация является ключевым почвенным биохимическим процессом для общего функционирования экосистемы и её стабильности, так как она регулирует встречаемость и скорость некоторых других биологических процессов, а также прямо или косвенно способствует регулированию продукции наземной биомассы» (Р. Тейт,1991).
Количество питательных веществ, образующихся в результате разложения органического вещества почвы, зависит от физических и химических факторов, лимитирующих минерализацию, от скорости накопления органического вещества и от количества элементов питания, поступающих из внешних источников. Основные элементы питания растений поступают из общего источника органического вещества почвы: частично разложившихся растительных и животных остатков, микробной биомассы и гумифицированного органического вещества.
Минерализация различных элементов имеет свою специфику. Считается, что азот подвержен биологической минерализации (P. Sollins, G. Spycher, С. A. Glassman, 1984), для фосфора характерны биохимические процессы минерализации (R. J. Hannapel, W. Н. Fuller, R. Н. Fox, 1964), для серы — минерализация обоих типов. Мак Гилл и Коул (Мс Gill, Cole, 1981; цит. по Тейту Р., 1991) определяют биологическую минерализацию как превращение органических форм азота и серы в неорганические формы в процессе окисления почвенными микроорганизмами углеродных субстратов и получения ими энергии для роста и размножения. Главной движущей силой этого процесса является потребность микроорганизмов в энергии.
Биохимическая минерализация - это высвобождение фосфора и серы из органических субстратов благодаря действию внеклеточных ферментов. Регуляция этого процесса осуществляется главным образом за счёт потребности микроорганизмов в самих этих элементах для роста, а не для получения энергии. Таким образом, азот и сера высвобождаются в экосистему попутно в результате окисления углерода микроорганизмами для получения энергии, тогда как скорость биохимической минерализации регулируется непосредственно поступлением питательных веществ (Р. Тейт, 1991). W. В. Мс Gill, С. V. Cole (1981), F. J. Stevenson (1986), А. Д. Фокин, П. А. Раджабова (1996) отмечают, что превращение почвенных фосфатов и круговорот фосфора в системе почва - биота тесно связаны с трансформацией органического вещества. Для любого биоценоза важным условием оптимизации фосфатного питания растений является поступление в почву органических соединений. Часть энергии, аккумулированной в органическом веществе, при микробиологическом разложении в почве расходуется на перевод труднорастворимых форм биофильных элементов в растворимые.
Отмечая значение минерализации, F. W. Chichester (1969), М. А. Винокуров и др. (1972) указывали, что минеральный азот является непосредственным источником питания растений. Легкогидролизуемый и отчасти трудногидролизуемый азот составляют ближайший резерв питания растений. Остальная часть азота (трудно и негидролизуемый азот) определяет потенциальные его запасы в почвах.
Несмотря на то, что все фракции органического вещества почвы являются до некоторой степени источниками минерального питания, наибольший вклад в образование питательных веществ для растений вносят быстро метаболизируе-мые фракции, так называемое лабильное органическое вещество. Ряд исследователей считает, что именно содержание лабильных органических веществ определяет эффективное плодородие. Установлены тесные корреляционные связи между содержанием ЛОВ и накоплением биомассы и, частично, с урожаем культуры, причём эта зависимость более тесная, нежели между урожайностью и содержанием общего гумуса (Н. И. Зезюков, А. В. Дедов, 1994). Продукционная функция лабильного органического вещества заключает ся в его способности оказывать как косвенное, так и прямое влияние на форми рование урожайности сельскохозяйственных культур. Прямое влияние прояв ляется в том, что ЛОВ является во многом легкодоступным и сбалансирован , ным источником макро- и микроэлементов для растений и микроорганизмов, одновременно играя немаловажную роль в мобилизации многих биофильных элементов из труднорастворимых соединений почвы. Косвенное влияние лабильного органического вещества на формирование урожайности проявляется в том, что при его минерализации в приземный слой воздуха усиливается посту пление С02, необходимого для фотосинтеза. С точки зрения биопродуктивно сти агроценозов это имеет существенное значение, поскольку при оптимизации почвенных условий именно за счёт дополнительного притока СОг из почвы может заметно возрасти урожайность сельскохозяйственных культур (В. Г. Мамонтов, Л. П. Родионова и др., 2000).
Современное гумусное состояние чернозёмов
В современных условиях именно агросфера в наибольшей степени подвергается негативному антропогенному воздействию, что приводит к нарушению экологического равновесия в агроэко системах, ускорению темпов снижения плодородия почв (Р. М. Алексахин и др., 2001).
Наряду с ранее считавшимися главными циклами в развитии природных экосистем, ландшафтов и почв - биоклиматическим и биогеоморфологическим - всё больше проявляется третий цикл - производственная деятельность человека. Она, существенно изменяя экологические условия, переводит почву в стадию антропогенной эволюции с изменением её свойств и уровня естественного плодородия (Н. В. Гниненко и др., 1998).
Сельскохозяйственное использование почв нарушает естественный ход гумусообразования, причём уровень потерь гумуса при распашке зависит от их генетических свойств и особенностей системы земледелия. Так, в опытах Ф. Я. Багаутдинова и др. (1997) содержание общего гумуса в светло-серой, серой и тёмно-серой лесной почвах при вовлечении в пашню снизилось на 20 - 40 %, в чернозёме - на 16 - 25 % по сравнению с целиной, подвижного гумуса - на 30 - 60 %. В пахотных почвах содержание гумуса уменьшилось в связи с меньшим поступлением растительных остатков по сравнению с целиной и ускорением минерализации органического вещества, прежде всего подвижной фракции органического углерода, при механической обработке почвы. Кроме того исследования свидетельствуют и о неблагоприятном изменении фракционного состава гумуса серой лесной почвы в условиях дефицита баланса гумуса: в пахотной светло-серой и серой лесной почвах по сравнению с целинными лесными почвами увеличивается относительное содержание 2-й и 3-й фракции гуминовых кислот, что связано с переходом их в более инертное состояние, а также рост количества 1-й фракции фульвокислот. В пахотном чернозёме увеличивается степень гумификации органического вещества; по составу гумус становится более гуматным. На изменение содержания и состава гумуса в процессе сельскохозяйственного производства указывают А. А. Шпедт и др. (2001), обращая внимание на снижение доли подвижных веществ и накопление инертных к разложению негидролизуемых соединений.
Дегумификация почв является причиной ухудшения водно-физических свойств и режимов почвы: уменьшается содержание агрономически ценных агрегатов и их водопрочность, увеличивается плотность сложения, снижается влагоёмкость, водопроницаемость, усиливается поверхностный сток воды и смыв мелкозёма (Ф. X. Хазиев и др., 1998).
Дегумификация почв становится глобальной проблемой современного земледелия. В течение XX века запасы гумуса в чернозёмах уменьшились почти в 2 раза. Запасы гумуса в пахотных почвах России уменьшаются ежегодно на 0,3 - 0,7 % общих запасов в слое почвы 25-30 см.
В последнее десятилетие XX века под влиянием возрастающей антропогенной нагрузки на пашню потери гумуса достигали 0,64 т/га в год (В.А. Черников и др. 2000). 97,3 % пахотных угодий России имеют отрицательный баланс гумуса. Ежегодное содержание гумуса в пахотных почвах разных типов уменьшается на 0,01 - 0,05 % или 0,3 - 0,9 т/га (в среднем на 0,63 т/га в год) (А. Г. Бондарев, И. В. Кузнецова, 1999). По данным Всероссийского проектно-технологического института органических удобрений с середины 60-х гг. содержание гумуса в почвах России уменьшилось в среднем на 0,4 - 0,6 % (табл. 1).
По данным ЦИНАО количество пахотных земель, содержащих менее 2 % гумуса, составляет 23 % обследованной площади. В Нечернозёмной зоне на почвы с содержанием гумуса ниже 2 % приходится около 50 % (цит. по В. А. Черникову и др., 2000). Л. М. Державиным (2001) отмечено, что в современных условиях из-за снижения до критических уровней объёмов агрохимических и других работ по сохранению и повышению плодородия почв происходит их деградация: 45 % площади пашни характеризуется низким содержанием гумуса. Изучая состояние запасов гумуса в основных почвах пахотного фонда, Н. А. Караваева, М. И. Герасимова (1997) указывают на преобладание потерь -от умеренных до высоких (16 - 50 % от исходных запасов). На этом фоне встречаются территории с катастрофическими потерями (свыше 50 %), особенно среди чернозёмов и серых лесных почв. Восточная часть европейского Нечерноземья отличается более высокими потерями, чем центральная и западная. Пахотные почвы Сибири в целом характеризуются меньшими потерями, иногда сбалансированностью и некоторым увеличением запасов гумуса. Ареалы с бла гоприятным состоянием запасов гумуса имеют локальный характер.
Изучая вопрос управления плодородием почв Центрально-Чернозёмной зоны России, А. В. Смык (2000) обращает внимание на снижение плодородия «лучших почв страны - чернозёмов, которые всегда выступали гарантом в стабильной продуктивности отраслей сельскохозяйственного производства».
Длительное возделывание сельскохозяйственных культур без удобрений привело к истощению запасов в почвах гумуса и биофильных элементов, ухудшению физико-химических свойств земель, снижению продуктивности полей. Экстенсивные системы ведения хозяйства привели к формированию в большинстве регионов зоны отрицательного баланса питательных веществ в земледелии.
В Поволжских областях, как и в других регионах с развитым сельскохозяйственным производством Российской Федерации и многих стран мира, происходит развитие глобальных процессов деградации гумуса и снижения почвенного плодородия. За последние 20-30 лет содержание гумуса в почвах Самарской области уменьшилось на 0,2 - 2,2, Саратовской — на 0,24 - 0,70, Волгоградской - на 0,2 - 0,8 %; возросла доля сильно дегумифицированных староорошаемых почв (Н. А. Пронько, 2001).
Оценка современного состояния чернозёмов на основе сравнительного анализа почвенных разрезов, заложенных в 2003 году, с моделями высокого плодородия почв
Решение вопросов управления плодородием во многом зависит от знаний об изменениях агрономически важных параметров свойств почв в условиях различной интенсификации земледелия.
Изучение почвенного плодородия имеет давнюю историю. Известна обширная информация об агрохимических, агрофизических, биохимических, физико-химических, минералогических, микробиологических и других параметрах почв, определяющих различные грани их плодородия. Однако недостатком этих сведений является их несистемность, разрозненность или безадресность в отношении почвы, её местоположения, безотносительность к оценке плодородия почв. Чтобы в дальнейшем прогнозировать тенденции развития процессов, обусловливающих почвенное плодородие, необходимо знать критические и оптимальные параметры свойств почв и режимов, а также динамику их изменений. Эту информацию призваны обеспечить модели почвенного плодородия.
Специальное земледельческое районирование, построенное на основе учёта свойств почв, закономерностей распределения почвенного покрова, особенностей рельефа, почвообразующих пород, агрохимических и других природных условий, а также с учётом специализации сельскохозяйственного производства и привязки к административному подразделению (республика, край, область, административный район), было разработано в Почвенном институте им. В. В. Докучаева коллективом сотрудников под руководством доктора с.-х. наук И. И. Карманова (Л. Л. Шишов, Д. С. Булгаков и др., 1991; Д . С. Булгаков, 2002). Последними составлены паспорта моделей высокого плодородия почв.
Региональные модели высокого плодородия служат эталоном для сравнения с территориально преобладающими фактическими параметрами свойств почв, которые предполагается оптимизировать до уровня параметров модели. Путём сопоставления реально оптимальных параметров модели с преобладающими фактическими параметрами устанавливаются величины отклонений фактических параметров от оптимальных и рекомендуется комплекс агромеро-приятий, направленных на доведение фактических параметров до оптимальных.
Нами проведена оценка современного состояния чернозёмов Закамья на основе сравнительного анализа различных параметров почв разрезов, заложенных в 2003 году, с параметрами моделей высокого плодородия почв, взятых из соответствующих паспортов («Региональные эталоны почвенного плодородия», 1991). Сравнительная характеристика пахотного и подпахотного горизонтов чернозёма выщелоченного и типичного и модели высокого плодородия почв представлена в таблицах 15 и 16. Как видно из указанных выше таблиц, по морфологическим свойствам чернозёмов Закамья отклонений от параметров модели нет, за исключением мощности подпахотного горизонта чернозёма выщелоченного Бугульминского района, которая на 6 см меньше эталона, что можно объяснить долей субъективности при описании почвенных разрезов. Отклонения по структуре пахотного и подпахотного горизонтов почвы от параметров модели в пределах допустимых. Что касается агрофизических свойств пахотного слоя чернозёма типичного, то по агрегатному составу процент фракций 0,25 - 10,0 мм и 0,25 мм в пределах параметров модели, отклонения по подпахотному слою несущественные. Сопоставление биологических и физико-химических свойств чернозёма выщелоченного и типичного с параметрами модели высокого плодородия показало отклонение свойств подпахотного горизонта; в частности, содержание гумуса в чернозёме выщелоченном Бугульминского района меньше оптимального (5-6 %) на 1,28 % (8,4 т/га), типичном Альметьевского и Бугульминского районов - на 1,57 и 2 % (17,1 и 30 т/га) соответственно. Реакция среды подпахотного горизонта чернозёма выщелоченного Бугульминского района ниже на 0,63 параметров модели, чернозёма типичного - на 0,5 - 0,63. Сумма поглощённых оснований в подпахотном слое чернозёма выщелоченного Бугульминского района меньше на 2 мг-экв/100 г почвы данного показателя. Агрохимические показатели чернозёмов Закамья разрезов 2003 года удовлетворяют параметрам модели: отклонение содержания подвижных форм фосфора и калия в подпахотном горизонте почв несущественные. Таким образом, сравнительная характеристика пахотного и подпахотного горизонтов чернозёма выщелоченного и типичного и модели высокого плодородия почв показала, что по морфологическим, агрофизическим, биологическим и физико-химическим, агрохимическим свойствам чернозёмы Закамья отвечают требованиям модели. Незначительные отклонения параметров наблюдаются лишь в содержании и запасах гумуса и реакции среды подпахотных горизонтов: чернозёма выщелоченного Бугульминского района — на 1,28 %, 8,4 т/га и 0,63 ниже оптимального, чернозёма типичного Альметьевского и Бугульминского районов — на 1,57 %, 17,1 т/га и 0,63 и на 2 %, 30 т/га и 0,5 соответственно. Содержащаяся в паспорте модели высокого плодородия почв информация, относящаяся к конкретной почве, является необходимой для понимания многих научных и производственных вопросов, в том числе прогноза свойств почв, выявления негативных явлений и лимитирующих факторов плодородия. Первые исследования по изучению почв на территории современной Ульяновской области относятся ко времени экспедиций В. В. Докучаева в 1887 - 1889 годы (В. В. Докучаев. Русский чернозем, 1883). При этом они описываются как черноземы тучные с содержанием гумуса 13 - 16 % или запасами его 390 - 480 т/га в пахотном слое. По сводке Г. Я. Чесняка и др. (1983) за 100 лет после экспедиций В. В. Докучаева потери гумуса в черноземах выщелоченных составили 56 - 69 % к исходному содержанию или ежегодно на 2,7 т/га. В среднем по Ульяновской области между 1 - 2 и 3 - 4 турами агрохимического обследования (13 лет) произошло снижение содержания гумуса на 0,11 % (Г. В Колсанов. и др., 1996) Некомпенсированные потери гумуса за 1976 - 1980 и 1986 - 1990 годы составили соответственно 583 - 852 тысячи тонн. Вместе с тем произошло обеднение фонда почв азотом на 34 - 49 тысяч тонн (В. И. Морозов, 1996). В связи с этим нами было детально проанализировано гумусное состояние почв в отдельных хозяйствах Ульяновской области и разработаны меры по его оптимизации. Ниже приводятся результаты изучения режима органического вещества почв в севооборотах учебно-опытного хозяйства Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии.
Динамика урожайности сельскохозяйственных культур и прогноз гумусового баланса
Важнейшим фактором управления плодородием, в том числе регулирования гумусового и энергетического балансов, является оптимизация структуры использования пашни и совершенствование севооборотов. В условиях резкого сокращения использования органических и минеральных удобрений, химических средств защиты и мелиорантов ввиду ограниченности ресурсов и высокой затратности их внесения основные функции по воспроизводству плодородия почвы, в том числе оптимизации режима влаги, элементов питания, органического вещества, агрофизических параметров, фитосанитарного состояния, биохимических процессов должны решаться за счет правильного научно обоснованного чередования культур и пара в севооборотных ротациях.
Типы и виды севооборотов, их специализация и степень интенсивности предполагают воспроизводство различных объемов разного биохимического состава органического вещества и неодинаковые темпы и размеры воспроизводимого гумуса (Н. 3. Станков,, 1964; В. А. Ковда, 1983; Н. И. Зезюков, 1986, 1992, 1996; В. И. Морозов и др., 1989, 1994; А. М. Лыков и др., 1991; И. С. Шатилов, 1991; Р. Тейт, 1991; В. Г. Лошаков, 1992 , 1996; В. И. Кирюшин, 1993, 1995; X. X. Хабибрахманов, Р. В. Минихаев, 1997; Ю. П. Митрофанов, 1998; В. Т. Рымарь, Т. П. Покудин, 1999; Е. М. Лебедь и др., 1999; Ю. Ф. Едимеичев и др., 1999; В. М. Дудкин, 1999; И. Н. Листопадов, И. И. Техин, 2000; П. А. Постников, 2002; А. И. Беленков, 2002; В. М. Дудкин и др., 2002; В. Ф. Абаимов, 2003; А. В. Дедов и др., 2003; А. С. Акименко и др., 2004; Э. Д. Адиньяев, Т. А. Рогова, 2004).
В связи с этим возникает необходимость изучения севооборотов как фактора воспроизводства биогенных ресурсов плодородия черноземных почв и формирования устойчивых урожаев в земледелии лесостепи Поволжья.
Изучение роли севооборота в регулировании режима органического вещества чернозема выщелоченного проводили в экспериментальных исследованиях на базе стационарных полевых опытов кафедры земледелия УГСХА. Как отмечалось в главе 2, изучались зернопаровой севооборот с чередованием пар чистый - озимая рожь — яровая пшеница - овёс, зерновой с чередованием горох - озимая рожь - яровая пшеница - овёс, зернопропашной с чередованием горох - озимая рожь - кукуруза - яровая пшеница — овёс и зернотравяный с чередованием горох - озимая рожь - люцерна (выводное поле) — яровая пшеница — овёс. С 1976 по 1981 гг. (первый период исследований) культуры в экспериментальных севооборотах возделывались на регулируемом фоне минерального питания с расчетом получения планируемых урожаев. С 1981 по 1986 гг. (второй период) в опыте применяли навоз из расчета 8 — 10 т/га севооборотной площади и минеральные удобрения. С 1986 по 1991 гг. (третий период) вносились органические и минеральные удобрения совместно с измельченной соломой. С 1991 по 2000 гг. (четвертый период) - использовался навоз 4-5 т/га севооборотной площади в зернопаровом и зернопропашном севооборотах, минеральные удобрения и солома. Определение содержания органического углерода и общего азота в почве проводилось по окончании каждого периода исследований.
Изучение гумусного состояния в севооборотных ротациях до 2000 года проводилось В. И. Морозовым, А. X. Куликовой, М. И. Подсеваловым и др. (1989, 1994). Нами проводился отбор образцов почв в конце периода (2000 г.) и анализ изменений в содержании и запасах гумуса за все периоды исследований. Полученные данные показали, что различные виды севооборотов оказывают существенное влияние на режим органического вещества почвы. В первый период исследований (1976 - 1981 гг.) произошло снижение содержания гумуса в почве по сравнению с исходным на 0,36 % (17,28 т/га) в зернопаровом севообороте и на 0,31 % (14,88 т/га) в зернопропашном, тогда как в зерновом севообороте потери гумуса оказались наименьшими и составили 0,27 %, или 12,96 т/га (табл. 18, рис. 15). Это обусловлено темпами минерализации гумуса, более высокими в первых двух севооборотах с интенсивным разложением органического вещества в чистом пару и под посевами кукурузы. Зерновой севооборот характеризовался меньшей минерализацией вследствие высокой насыщенности зерновыми культурами и горохом и, следовательно, большим поступлением органического вещества с пожнивно-корневыми остатками.
Во второй период исследований (1981 — 1986 гг.) некомпенсированные потери гумуса уменьшились во всех севооборотах и составили в зернопаровом севообороте 0,17 %, или 8,16 т/га, в зернопропашном 0,14 %, или 6,72 т/га, в зерновом 0,08 %, или 3,84 т/га, т.е. в последнем севообороте сложился близкий к бездефицитному баланс гумуса, а напряженность первых двух снизилась более чем в 2 раза.
При внесении в почву помимо навоза и минеральных удобрений соломы культур в третий период исследований (1986 - 1991 гг.) в зерновом севообороте происходило воспроизводство органического вещества почвы, в зернопропашном складывался близкий к бездефицитному баланс гумуса, в зернопаровом потери гумуса составили 0,03 %, или 1,44 т/га.
В четвертый период исследований (1991 — 2000 гг.) сокращение запасов гумуса происходило во всех изучаемых севооборотах вследствие уменьшения объема внесения органических удобрений. Последние вместо 10 тонн из расчета на 1 га севооборотной площади стали вносить 4-5 т/га. Наибольшие потери гумуса наблюдались в зернопаровом севообороте 0,13 % (6,24 т/га); в зернопропашном и зерновом — 0,09 % (4,32 т/га) и 0,06 % (2,88 т/га) соответственно.
