Содержание к диссертации
Введение
1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧАЕМОГО ВОПРОСА (Обзор литературы) 7
1.1. Значение органического вещества в плодородии почвы 7
1.2. Механическая обработка, как фактор изменения органического вещества почвы 12
1.3. Роль обработки в эффективном плодородии почвы 30
ЭКСПЕРИМЕНГАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
2. ПОЧВЕННО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ
ОПЫТОВ .45
2.1. Характеристика почвенно-климатических условий Центрально-Черноземной зоны и места проведения исследований 45
2.2. Метеорологические условия в годы проведения исследований (1980-1982 гг.) 48
2.3. Методика полевых и лабораторных исследований 52
3. ВОДНО-ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОБЫКНОВЕННОГО ЧЕРНОЗЕМА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ И ГЛУБИНЕ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ 58
3.1. Сложение почвы 58
3.2. Водопрочность почвенных агрегатов 61
3.3. Водный режим почвы 63
4. ВЛИЯНИЕ ПРИЕМОВ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ В СОЧЕТАНИИ С УДОБРЕНИЯМИ НА. БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ И ПИЩЕВОЙ РЕЖИМ ПОЧВЫ 67
4.1. Накопление и распределение послеуборочных остатков в почве 67
4.2. Микробиологическая активность почвы 70
4.3. Ферментативная активность почвы 77
4.4. Содержание в почве подвижных гуминовых кислот 86.
4.5. Нитрифицирующая способность почвы 91
4.6. Выделение углекислого газа из почвы 95
4.7. Азотный режим почвы 98
4.8. Почвенные условия фосфорного и калийного питания растений
5. ИЗМЕНЕНИЕ АГРОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОБЫКНОВЕННОГО
ЧЕРНОЗЕМА ПОД МНОГОЛЕТНИМ ВЛИЯНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ ПРИЕМОВ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ В СОЧЕТАНИИ С УДОБРЕНИЯМИ 120
5.1. Изменение содержания гумуса в почве 120
5.2. Содержание валового азота в. почве и отношение 127
5.3. Содержание валовых запасов фосфора и калия в почве 133
5.4. Реакция почвенной среды, емкость обмена и степень насыщенности почвы основаниями 136
6. ПРОДУКТИВНОСТЬ.СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИХ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ И ГЛУБИНЕ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ . ОБЫКНОВЕННОГО ЧЕРНОЗША В СОЧЕТАНИИ. С. УДОБРЕНИЯМИ 137
6.1. Продуктивность полевых культур . 137
6.2. Экономическая эффективность применения различных приемов основной обработки почвы в сочетании с удобрениями 144
ВЫВОДЫ 148
РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ПРАКТИЧЕСКОМУ
ИСПОЛЬЗОВАНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ 152
ЛИТЕРАТУРА 153
ПРИЛОЖЕНИЕ 179
- Значение органического вещества в плодородии почвы
- Характеристика почвенно-климатических условий Центрально-Черноземной зоны и места проведения исследований
- Сложение почвы
- Накопление и распределение послеуборочных остатков в почве
- Изменение содержания гумуса в почве
Введение к работе
Решениями ХХУІ съезда КПСС, Продовольственной программой партии, одобренной майским /1982 г./ Пленумом ЦК КПСС, определены высокие темпы увеличения производства сельскохозяйственной продукции». В Х1-й пятилетке планируется среднегодовое производство зерна довести до 238-243 млн.тонн, к 1990 году - до 250-255 млн.тонн. Предстоит значительно повысить урожайность и валовые сборы зернобобовых и крупяных культур, сахарной свеклы, подсолнечника, картофеля, овощей и других культур.
Успешное .решение поставленных задач возможно лишь.на основе .интенси<|икации,сельскохозяйственного производства, рационального использования, почвы и расширенного воспроизводства ее плодородия. Однако осуществление интенсификации приводит.ко все . усиливающемуся воздействию человека на почву на процессы почвообразования и почвенное-плодородие. Мощным фактором антропогенного влияния .на.почву является механическая обработка. Еще.в. 1913 г. рассматривая ее .роль в процессе почвообразования СП, Кравков писал:. "Достаточно-ознакомиться -хотя бы. с теми немногочисленными фактами,.... которые .касаются .... .изучения влияния операций.обработки на химический состав.почв, на их структуру, механический состав и.пр., чтобы признать, какое необозримое поле для .соответствующих исследований могло бы открыться при систематическом изучении влияния разнообразных приемов механической обработки почвы, применяемых человеком, на физические и химико-биологические процессы почвы" /С.П.Кравков, 1978, стр.138/.
В настоящее время, с достаточной.определенностью установлено, что обработка, нарушая динамическое равновесие в экологической системе, почва-растение-атмосфера и изменяя биогеохимический круговорот веществ и энергии в биосфере, в большинстве случаев
5 приводит к снижению плодородия и деградированию почв. Но, как известно, и в наши дни обработка остается важнейшим агротехни ческим звеном в системе земледелия, определяющим водно-воздуш ное и минеральное питание растений и существенно влияющим на уро жайность полевых культур. Поэтому перед современным земледелием остро стоит проблема уменьшения неблагоприятного влияния обработ ки на почвенное плодородие, а в комплексе с другими агроприемами /применение органических и минеральных удобрений, введение в севооборот многолетних трав, расширение посевов.зернобобовых и др./ - стабильное, ее повышение. Для .этого необходимо углубленное и всестороннее.изучение.происходящих в почве биологических про цессов трансформации органического вещества,- основного показа теля потенциального и главного источника эффективного плодородия под воздействием.различных приемов обработки, почвы в сочетании. . с другими антропогенными факторами, чтобы научиться активно регу лировать и управлять почвенными процессами. . . . Проблема обостряется еще и тем, что на долю механической обработки почвы приходится до 40% энергетических и.25% .трудовых затрат от всего их объема на полевых работах, поэтому минимали- зация обработки в настоящее время приобретает все большее зна чение. .
Недостаточная изученность изменения плодородия почвы под действием различных способов и глубины основной обработки в сочетании с. удобрениями, а также поиск путей сокращения затрат.. на.основную.обработку послужили основанием для выполнения настоящей работы.....
Представленная работа,является одним из разделов государственной проблемы 0.СХ.ЗІ.0І.04.Щ. "Разработать, способы, обосновать глубину, и периодичность обработки почвы при различных дозах и приемах внесения удобрений в условиях дальнейшей химизации земледелия ЦЧЗ" и выполнена в соответствии с тематическим планом научных исследований отдела земледелия НИИСХ ЦЧП им.В.В.Докучаева в течение 1980-1983 гг.
Целью исследований предусматривалось изучить закономерности по изменению плодородия обыкновенного чернозема под влиянием различных приемов основной обработки в сочетании с удобрениями и предложить наиболее рациональный способ обработки, обеспечивающий максимальное, сохранение потенциального плодородия почвы при высоком-уровне эффективного плодородия. В процессе исследований решались следующие задачи: . I. Изучить.влияние .различных приемов основной обработки на.водно-физические свойства почвы и накопление в ней органи ческих, остатков. ....... . . 2. Вскрыть закономерности биологических процессов трансфор мации органического вещества в почве при различных способах и глубине основной обработки. ... . .
3. Выявить особенности питательного режима и динамику элементов -минерального питания в почве при различных обработках в сочетании с удобрениями.
4..Установить многолетнее влияние различных приемов основной обработки почвы в сочетании с удобрениями на изменение валовых запасов гумуса, и азота в почве,и выявить взаимосвязь этих изменений с .динамикой показателей эффективного.плодородия. ....
5. Определить продуктивность сельскохозяйственных культур и дать экономическую оценку,их возделывания при различных при емах обработки в сочетании с удобрениями. В результате проведенных исследований установлены и выно сятся на защиту следующие.положения: . .
I. На обыкновенном черноземе.ЦЧП в условиях полезащитного лесоразведения биологические процессы трансформации органичес-
7 кого вещества при увеличении глубины вспашки до 30-32 и 35-37 см .и обработках почвы без оборота пласта /по сравнению с обычной вспашкой на 20-22 см/ смещается в сторону усиления разложения гумуса, приводя к снижению егш валовых запасов в почве. С углублением вспашки количество гумуса наиболее существенно снижается в слое 0-?20 см, а по безотвальным обработкам- в нижележащих горизонтах.
2. Применение удобрений способствует.поддержанию валовых запасов гумуса в почве на более высоком уровне. Наибольшая эффективность взаимодействия удобрений и обработки в сохранении, гумуса.проявляется по вспашке на глубину от 20-22 до 25-27 см. .3. Условия заделки и распределения органических остатков в пахотном слое оказывают существенное влияние на направленность биологических процессов, протекающих в почве и изменение содержания гумуса. к. Наиболее рациональный способ основной обработки, способ ный- существенноприостановить.снижение запасов гумуса и обеспе чить наивысшее эффективное плодородие почвы - вспашка на глуби ну от 20-22 до .25т27 см в сочетании с удобрениями.
5. В целях более .эффективного использования удобрений и уменьшения загрязнения окружающей среды минеральные туки,целесообразно вносить под вспашку на глубину не более 25-27 см.
Значение органического вещества в плодородии почвы
Большое внимание в земледелии и почвоведении привлекает органическое вещество почвы, основная часть которого представлена гумусом. "Длительный опыт науки, и практики, - пишет М.М.Кононова/1963, стр. 3/,- свидетельствует о большом значении органических веществ в процессе почвообразования, в снабжении расте 8 ния элементами азотного, зольного питания и биологически активными веществами".
В составе органической части почвы аккумулированы значительные запасы питательных веществ: содержание важнейших элементов - азота и фосфора- только в пахотном слое исчисляется тоннами на X га. В слое 0-20 см черноземов, по данным И.В.Тюрина (1949), с гумусом содержится от 7,0 до 11,3 т/га азота, а в слое 0 -100 см - от 24,0 до 35,8 т/га. Потенциальные запасы азота, фосфора.и других.элементов при.участии почвенных микроорганизмов и ферментов постепенно минерализуются, обеспечивая потребности -растений.усвояемыми.формами этих.элементов. С увеличением .содержания .гумуса,, как правило, возрастает . микробиологическая и„биохимическая, активность.почвы, приводя щая к.усилению трансформационных процессов органического вещест ва. При этом улучшение условий-почвенного -питания повышает ак кумулирование растениями солнечной энергии, увеличивает урожай ность, ,- _ ........ ... В исследованиях советских и - зарубежных авторов отмечается, что в.присутствии гумусовых .веществ происходит более интенсив ное потребление растениями азота из почвы и, вследствие.этого, более быстрое их увеличение в массе. (М.М.Кононова, К.В. Дьяконова, I960 \Ж$Щ. L. $-ШхМоЛс... .1958) А,Л.Шенявский„ (1973) отмечает, что в богатой.гумусом почве слабее фиксируется.фосфорная кислота я усиливается её обмен, снижаются.потери азота от вымывания, .повышаются, ресурсы кальция, магния, калия, серы и других элементов.минерального питания.... . Значение органического, вещества почвы не ограничивается. обеспечением почвенного питания растений. Важнейшим источником углекислоты потребной для..фотосинтеза, растений, является почва. По данным Б.Н. Макарова (1952) и К.В.Дьяконовой (1961), в процессе "дыхания" почва способна доставить 65-95 углекислоты, идущей на формирование урожаев.сельскохозяйственных культур. Результаты исследований В.А.Чеснокова (1947), К.В.Дьяконовой (1961) свидетельствуют, что в часы фотосинтеза на почвах с низкой биологической активностью концентрация .углекислоты в приземном слое воздуха становится„ниже нормальной, что может быть фактором, снижающим энергию.фотосинтеза.
class2 ПОЧВЕННО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ
ОПЫТОВ . class2
Характеристика почвенно-климатических условий Центрально-Черноземной зоны и места проведения исследований
Центральное-Черноземье-представлено,двумя, природными.зонами: лесостепной, и.степной, .Она.включает-Белгородскую. Воронежскую, Липецкую, Курскую и Тамбовскую области. Лесостепная зона занимает, около.70% территории.ЦЧЗ,.и только юг.и юго-восток Белгородской и Воронежской, областей, захватывает -степная -зона. .
Рельеф территории - равнина с .относительным колебанием высот в-пределах 100-150-м. Река.Дон делит всю зону на две обособленные орографические части: правобережье - изрезанная холмистая возвы шенность, левобережье.-.равнина. - Климат ЦЧП.характеризуется умеренной континентальностью Континентальность усиливается,с.северо-запада на юго-восток.. Центральное Черноземье - зона неустойчивого увлажнения. Здесь один раз в.Э-Ц.года отмечаются засухи..Годовое.количество атмосферных осадков колеблется от .550-575 мм на северо-западе до 400т450 мм на юго-востоке. Максимум.осадков, приходится на июнь-июль. Сумма среднесуточных активных температур.Х+ЮС и-выше) на северог-запа-де зоны составляет 2300-2400, а на юго-востоке достигает 2800 3000. Климатические различия в пределах зоны определили формирова ниє неоднородного почвенного покрова. На северо-западе лесостепи широко распространены лесные и частично дерново-подзолистые почвы, которые в направлении юго-востока постепенно переходят в оподзоленные, а затем - в выщелоченные и типичные черноземы. В южной лесостепи преобладают обыкновенные черноземы, а в степной зоне - обыкновенные маломощные и южные черноземы.
ШИСХ ЦЧП им. В.В.Докучаева, где проведены наши исследования, расположен в Каменной Степи, которая занимает восточную часть Воронежской области.на водоразделе рек Волги и Дона в междуречье Хопра.и Битюга. Территория эта представляет собою плоскую равнину, пересеченную, оврагами, балками и широкими .плоскими потяжинаг ми к этим балкам. Микрорельеф на нераспаханных участках представлен в.виде .бугорков, блюдец и западин, что приводит к неравномерному распределению влаги летних осадков, а зимой - снега. На распаханных- участках микрорельеф выражен менее расчлененно, под влинием обработки,западинки и блюдца сглаживаются. .... Основной почвообразующей-породой является желто-бурая лессовидная карбонатныя глина четверичного происхождения.. Почвы относятся к-среднемощным.обыкновенным черноземам тяжелосуглинистого и легкоглинистого -механического- состава. Для почв.характерна.равномерная _темная окраска.гумусового, горизонта,-который вниз.по профилю., постепенно светлеет,-и на границе горизонтов Вт. и . 2 окраска становится.неравномерной, появляются гумусовые затеки.. Обыкновенные, черноземы. Каменной Степи отличаются повышенной мощностью илумусностью, что обусловлено их положением на границе о. подзоной, типичных черноземов, а также неглубоким залеганием.грунтовых вод...Хорошо.окультуренные почвы .Каменной,Степи содержат 7-8 гумуса. ..Распространение органического.вещества.вниз по профилю почв достигает .более!
Сложение почвы
Во всем многообразии приемов обработки почвы главная роль в-регулировании .агрофизических условий.в.пахотном слое отводит ся основной обработке..Однако, как. было показано выше, различ ные.способы и глубина основной обработки почвы в неодинаковой степени ..воздействуют, на .сложение почвы, и в результате этого оказывают, различное влияние.на интенсивность и.глубину, биологи ческих и химических-процессов,, протекающих в почве, и урожай ность сельскохозяйственных культур.. Одним.из основных.и.определяющих показателей сложения пахотного .слоя, является объемная масса почвы. Данные по динамике объемной массы почвы под.горохом (табл. 3.1.)_ свидетельствуют, что в наиболее .рыхлом состоянии почва находится в начале вегетационного периода. Затем под действием самоуплотнения и высу до 35-37 см плотность сложения снижалась с 1,05 до 0,99г/см3. В период цветения гороха объемная масса почвы возрастала. Разли чия между вариантами обработок значительно сглаживались, К убор ке гороха происходило дальнейшее выравнивание плотности почвы, которая по всем вариантам (кроме вспашки на 35-37 см) наблюда лась в пределах ІД5-ІД7 г/см3, по вспашке на 35-37 см - 1,13 г/хзм3.
Накопление и распределение послеуборочных остатков в почве
Источником пополнения почвенных запасов органического ве щества и минеральных элементов питания являются корневые и пож нивные остатки возделываемых культур. Подвергаясь биологическим процессам трансформации, они пополняют почвенные запасы гумуса, участвуют в снабжении -растений питательными веществами, способ ствуют улучшению (изических и биологических условий плодородия почвы. .
Данные наших исследований в среднем за три года (табл.4.1. и 4.2.) показали, что наибольшее количество корневых остатков озимой пшеницы и гороха наблюдалось по-вспашке на глубину 20-22 см. По.вспашке на 35-37 см и плоскорезной обработке выявлено некоторое их снижение по.сравнению со вспашкой на обычную глубину. Если массу корней озимой пшеницы в слое 0-60 см по вспашке .на 20-22 см принять за 100$, то.по вспашке на 35-37 см их.количество составит 94,0$, по-плоскорезной обработке - 98,0$. Корневая.масса гороха по глубокой вспашке составляла 94,9$, а по плоскорезной обработке - 89,7$ от вспашки на обычную глубину 20-22 см.
class5 ИЗМЕНЕНИЕ АГРОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОБЫКНОВЕННОГО
ЧЕРНОЗЕМА ПОД МНОГОЛЕТНИМ ВЛИЯНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ ПРИЕМОВ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ В СОЧЕТАНИИ С УДОБРЕНИЯМИ class5
Изменение содержания гумуса в почве
Одним из.важнейших-показателей потенциального плодородия, определяющим физические, химические и биологические свойства почвы, является содержание в ней.гумуса,.Обработка.способствует усилению минерализации и снижению его запасов в почве. Это приводит к ухудшению агрофизических свойств, снижению интенсивности микробиологических и биохимических процессов, обеднению почвы элемен-тами питания и, в конечном итоге, к понижению продуктивности сельскохозяйственных культур.
.Полученные нами данные (табл. 5.1., П.І7.-22.) свидетельст вуют, что за 12 лет.(с 1968-1970 по 1980-1982 гг.) по всем вари антам опыта наметилось снижение содержания гумуса по сравнению с исходным.количеством.-7,59$ (слой 0-Ю см), определенным перед закладкой стационарного.опыта (А.Ф.Витер, А.М.Новичихин, 1984). Между тем, различные.способы и глубина.обработки,почвы оказали неодинаковое влияние. С увеличением глубины ежегодных.вспашек.с 20-22 см до 30-32 и 35-37 см потери .гумуса возрастали. Так, по отношению.к вспашке на 20- 22 см вспашка на 30-32. см снизила со держание гумуса в слое почвы .О-Ю см.на 0,24$, вспашка на. 35-37 см -_на.0,41$. Ежегодная обработка почвы .без. оборота пласта (Плоскорезом и плугом без отвалов) и разноглубинная вспашка в де сятипольном севообороте. (две вспашки на 30-32 см, две - на 25-27 см, шесть - на 20-22.см) также привели к более.значительному умень шению, .количества, гумуса по сравнению с ежегодной отвальной обра боткой на 20г-22 см..
