Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВЫ И ПРОДУКТИВНОСТИ АГРОЦЕНОЗОВ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ПРИМЕНЕНИИ ПРИЁМОВ БИОЛОГИЗАЦИИ И СРЕДСТВ ХИМИЗАЦИИ

Храмцов И.Ф. 1 Воронкова Н.А. 1 Балабанова Н.Ф. 1
1 Государственное научное учреждение Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства СО Россельхозакадемии
Исследования в длительных стационарных опытах на чернозёмной почве южной лесостепи Западной Сибири установлено, что оптимальное сочетание приёмов биологизации с рациональным использованием минеральных удобрений, улучшает агрохимические свойства почвы, повышает продуктивность сельскохозяйственных культур и поддерживает экологическую безопасность агроценозов. Систематическое применение органоминеральных удобрений, а также включение в севооборот многолетних бобовых трав (50% люцерны) приводит к стабилизации содержания гумуса в почве, повышает резерв лабильного органического вещества на 0,27-0,48 т/га, увеличивает запасы продуктивной влаги в почве на 11-13%, обеспеченность растений нитратным азотом на 18-24% и численность агрономически полезной микрофлоры на 71%. За счет этого урожайность пшеницы, высеваемой по пласту люцерны, на 22% выше, чем урожайность этой же культуры высеваемой по чистому пару. Продуктивность зернотравяного севооборота при длительном применении минеральных удобрений в комплексе с соломой увеличивается на 32%, окупаемость минеральных удобрений при этом составляет – 18,4 кг зер. ед.
биологизация
плодородие почвы
минеральные и органические удобрения
многолетние бобовые травы
биогенные элементы
гумус
биологическая активность почвы
агроценоз
продуктивность
1. Агрохимические методы исследования почв / АН СССР [и др.]. - 5-е изд., доп. и перераб. - М. : Наука, 1975. - 494 с.
2. Большой практикум по микробиологии / Аристовская Т.Е. [и др.]. - М. : Высшая школа, 1962. - 490 с.
3. Гамзиков Г.П. Азот в земледелии Западной Сибири. - М. : Наука, 1981. - 266 с.
4. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. - М. : Агрохимиздат, 1985. - 351 с.
5. Кирюшин В.И. Экологизация земледелия и технологическая политика. - М. : Изд-во МСХА, 2000. - 473 с.
6. Коновалов Н.Д., Коновалов С.Н. Ресурсы биологизации земледелия и их использование // Аграрная наука. - 2000. - № 8. - С. 9-12.
7. Кочергин А.Е. Условия питания зерновых культур азотом, фосфором и калием и применение удобрений на черноземах Западной Сибири : автореф. дис. ... д-ра. с.-х. наук. - М., 1965. - 40 с.
8. Храмцов И.Ф. Система применения удобрений и воспроизводство плодородия почв в полевых севооборотах лесостепи Западной Сибири : дис. ... д-ра с.-х. наук. - Омск, 1997. - 435 с.
9. Черников В.А., Милащенко Н.З., Соколов О.А. Экологическая безопасность и устойчивое развитие. Книга 3. Устойчивость почв к антропогенному воздействию. - Пущино : ОНТИ ПНЦ РАН, 2001. - 203 с.
10. Шарков И.Н. Роль растительных остатков зерновых культур в регулировании плодородия почв Сибири // Биологические источники элементов минерального питания растений : материалы междунар. науч. конф., посвящ. третьим Сибирским агрохимическим Прянишниковским чтениям (Омск, 12-16 июля 2005 г.). - Новосибирск, 2006. - С. 69-76.
Введение

Устойчивое развитие земледелия, экономически эффективное и экологически безопасное функционирование сельскохозяйственного производства базируется на мерах по сохранению почвенного плодородия. Наряду с широким применением промышленных средств химизации не менее важное значение в системах воспроизводства плодородия почв имеет использование биологических ресурсов [5; 6; 8; 9 и др.]. Использование известных и поиск новых приёмов биологической интенсификации земледелия не умаляет значимости рационального применения химико-техногенных факторов.

Особую актуальность в этой связи приобретают вопросы, связанные с изучением длительного применения агробиологических средств и приёмов в комплексе с рациональным применением минеральных удобрений на плодородие почвы, продуктивность сельскохозяйственных культур и экологическую сбалансированность агроценозов.

Методика исследований

Исследования проводились в 2009-2001 гг. на опытном поле лаборатории агрохимии ГНУ СибНИИСХ в южной лесостепной зоне Западной Сибири в стационарных опытах, заложенных на основе шестипольного зернотравяного (1986 г., закладки) и пятипольного зернопарового (1987 г., закладки) севооборотов. Чередование культур в севооборотах: люцерна 3-х лет использования - пшеница-пшеница-овес и пар-пшеница-соя-пшеница-ячмень соответственно. Севообороты развернуты во времени и в пространстве.

Почва опытного участка - чернозем выщелоченный среднемощный среднегумусный тяжелосуглинистый, исходное содержание подвижного фосфора среднее, обменного калия - очень высокое, величина рНсол - 6,7, близкая к нейтральной.

Схемы опытов представлены в таблицах 1 и 2. Общая площадь делянок 160-200 м2, учетная 36,0-51,2 м2. Размещение делянок систематическое, повторность вариантов - 4-кратная.

В качестве удобрения использовали Naa, АФ и Кх. Фосфорные удобрения вносили весной до посева локально, сеялкой на глубину 6-8 см, аммиачную селитру и хлористый калий - вразброс под предпосевную культивацию. Подстилочный полуперепревший навоз (60 т/га) вносили осенью после уборки замыкающей культуры (овса) один раз за ротацию. Солому зерновых культур измельчали при уборке и оставляли в поле в количестве, соответствующем ее урожаю.

Погодные условия за период исследований были различные. В 2009 году за вегетационный период выпало 404 мм осадков при средней температуре воздуха 15,9 °С при норме 197 мм и t = 16,2 °С. Прохладная погода и влажные условия года спровоцировали распространение болезней, вторичное отрастание сорной растительности и в целом удлинение вегетационного периода, что отразилось на урожайности с.-х. культур. Вегетационный период 2010 года характеризовался резкими перепадами температур воздуха в сочетании с недобором осадков более чем на 40%, ГТК составила 0,55, отмечены явные проявления почвенной засухи. В 2011 году недобор осадков в сочетании с повышенной (на 0,3-1,7 °С выше нормы) температурой воздуха отмечался в первой половине вегетации. В июле-августе увлажнение было более благоприятным (119-121% осадков при ГТК 1,28-1,44). В итоге за вегетацию количество осадков и температура воздуха были почти близки к норме (203 мм и 16,2 °С).

Во всех полевых опытах применялась традиционная технология возделывания зерновых, кормовых и зернобобовых культур и соответствующая серийная почвообрабатывающая и посевная техника. Высевали районированные сорта сельскохозяйственных культур.

Анализ почвы проводили стандартными агрохимическими методами [1]. Численность микроорганизмов учитывали на твердых питательных средах, согласно общепринятым методикам [2].

Результаты исследований обработаны статистическим методом дисперсионного и корреляционного анализов по Б.А. Доспехову [4].

Результаты исследований и их обсуждение

Биологизация земледелия предусматривает совершенствование структуры посевных площадей, освоения плодосменных и других типов севооборотов с насыщением их многолетними бобовыми травами и использованием органических удобрений.

В условиях засушливого земледелия оптимизация водного режима представляется весьма сложной проблемой. Поиск путей более полного и рационального использования выпадающих осадков в условиях интенсификации земледелия имеет особую актуальность.

В системе севооборотов запасы продуктивной влаги в почве дифференцировались в зависимости не только от предшественников, но и вида и дозы удобрений. Весенние запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы, после люцерны летнего срока распашки, соответствовали хорошей обеспеченности (159 мм) и не уступали черному пару. На фонах длительного применения минеральных удобрений влагонакопление было значительно выше в сравнении с неудобренными вариантами, так как использование удобрений обеспечивает не только получение высоких урожаев, но и дополнительное поступление в почву органического вещества в виде пожнивных остатков, опада, что в свою очередь улучшает физические свойства и водный режим почвы. За счет ежегодного внесения измельченной соломы (в среднем 2,0 т/га севооборотной площади) в севообороте запасы продуктивной влаги в почве увеличивались на 6-12 мм. Наилучшие агрогидрологические условия складывались при органоминеральной системе удобрений, предусматривающей комплексное применение соломы и минеральных удобрений (N10-15P17-23+ солома), влагозапасы при этом увеличиваются на 11-13% в сравнении с вариантом без удобрений.

В системе зернопарового севооборота длительное применение минеральных удобрений обеспечивает более экономный расход почвенной влаги, коэффициент водопотребления зерновых культур в этих вариантах на 11-17% ниже, чем в варианте без удобрений (табл. 1).

Таблица 1 - Влияние минеральных удобрений и соломы на водопотребление культур зернопарового севооборота, мм/т зерна, (2009-2011 гг.)

Внесено удобрений на 1 га севооборотной площади, кг д.в

Пшеница по пару

Ячмень

Без удобрений

149

165

N12Р18

133

141

N17Р34

136

137

N30Р54К18

128

135

Без соломы

136

144

*Внесение соломы

128

135

* Норма соломы - 3,0 т/га.

Использование соломы снижает коэффициент водопотребления сельскохозяйственных культур на 8-11 мм за счет мульчирующего эффекта и улучшения агрофизических свойств почвы.

Исследования органического вещества почвы показали, что в севообороте, где 50% площади пашни занимают многолетние бобовые травы, содержание гумуса существенно не изменилось по сравнению с исходным (табл. 2). Действие минеральных удобрений на гумусообразование проявилось, начиная с первой ротации севооборота, прирост новообразованного органического вещества отмечался после каждой ротации и зависел от дозы минеральных удобрений.

Исследованиями установлено, что внесение навоза в зернотравяном севообороте является одним из значимых приёмов увеличения гумуса в почве. После третьей ротации севооборота содержание гумуса в варианте внесения навоза возросло на 0,26% в сравнении с исходным содержанием. Наибольший прирост гумуса был получен в варианте N15Р23 + навоз, после третьей ротации севооборота содержание гумуса увеличилось в сравнении с исходным на 0,41%. Действие соломы на гумусовый режим почвы при внесении её в норме, не превышающей 2,0 т/га, не существенно. Применение соломы с минеральными удобрениями существенных изменений в накоплении гумуса в сравнении с вариантами внесения только минеральных удобрений не обеспечивало.

Таблица 2 - Содержание и запасы гумуса в слое почвы 0-20 см после третьей ротации зернотравяного севооборота в зависимости от минеральных удобрений, навоза и соломы, (2003-2008 гг.)

Вариант

Гумус,

%

Запасы

гумуса, т/га

Отклонение ±, %

от исходного

от контроля

Без удобрений

6,77

148,9

0,04

-

Солома

6,78

149,2

0,03

0,01

Навоз (10 т/га)

6,96

153,1

0,26

0,19

N10Р17

6,83

150,3

0,15

0,06

N10Р17 + солома

6,90

151,8

0,17

0,13

N10Р17 + навоз (10 т/га)

7,04

154,9

0,29

0,27

N15Р23

6,99

153,8

0,22

0,22

N15Р23 + солома

6,94

152,3

0,16

0,17

N15Р23 + навоз (10 т/га)

7,18

158,0

0,41

0,41

НСР05

 

 

0,17

0,16

Обеспеченность растений доступным азотом на черноземных почвах Западной Сибири оценивается по содержанию нитратного азота в слое 0-40 см [3; 7]. Хорошие условия по обеспеченности растений азотным питанием складывались по предшественнику (люцерна), летнего срока распашки. На естественном фоне запасы N-NO3 составили 106-138 кг/га за счет обогащения почвы биологическим азотом растительных остатков люцерны. При введении в севооборот бобового компонента (50% люцерны) баланс азота положительный (21 кг/га) с интенсивностью 119%, при этом в приходной статье баланса доля биологического азота составляет в среднем около 82% (рис. 1). Тогда как в зернопаровом севообороте складывается отрицательный баланс азота (-28 кг/га) с интенсивностью 66%.

Рис. 1. Баланс (кг/га) и интенсивность баланса (%) азота в зависимости от севооборота.

Лабильное органическое вещество почвы, которое сравнительно легко подвергается деструкции почвенными микроорганизмами, в немалой степени предопределяет питательный режим почвы растений [10]. Количество лабильного органического вещества (мортмассы) в почве после люцерны в варианте без удобрений было на 0,27 т/га или 43% выше, чем в этом же варианте по чистому пару (табл. 3).

Таблица 3 - Запасы мортмассы в слое 0-25 см в зависимости от предшественника и применения удобрений в севооборотах, т/га, (2009-2010 гг.)

Доза минеральных удобрений, кг/га

Солома

Запасы мортмассы

Прибавка

Зернотравяной севооборот

Без удобрений

С0

0,89

-

С1

1,00

0,11

N10Р17

С0

1,12

0,23

С1

1,25

0,36

N15Р23

С0

1,21

0,32

С1

1,37

0,48

Зернопаровой севооборот

Без удобрений

С0

0,62

-

С1

0,76

0,14

НСР05

 

0,10

С0 - без соломы; С1 - с соломой.

Систематическое применение соломы увеличивает количество легкоразлагаемого органического вещества в почве на 12-22%. Наибольшие запасы мортмассы (1,25-1,37 т/га) накапливаются при использовании органоминеральной системы удобрений (NP + солома). При этом обеспеченность растений нитратным азотом в этих вариантах увеличилась до 43%.

Сложившееся плодородие по фосфору в севооборотах является результатом систематического применения фосфорсодержащих удобрений. Следует отметить, что исходное содержание подвижного фосфора (105-123 мг/кг) после трёх ротаций севооборота существенно не изменилось. Из органических удобрений (навоз, солома), применяемых в зернотравяном севообороте, только при систематическом использовании навоза в дозе 10 т/га севооборотной площади отмечался прирост подвижного фосфора 35 мг/кг почвы или 34% (в среднем). Обеспеченность обменным калием культурных растений после трех ротации севооборотов была высокой (более 180 мг/кг), и значимых закономерностей в изменении данного биогенного элемента не установлено.

Микробиологический мониторинг состояния почвы свидетельствует, что возделывание люцерны в севообороте интенсифицирует процесс нитрификации, численность нитрифицирующих бактерий в зернотравяном севообороте на 33% больше, чем в зернопаровом агроценозе. А при систематическом внесении соломы отмечается положительная направленность увеличения численности сапрофитных бактерий (на 18%), разлагающих органические соединения азота (на МПА), и фосфатмобилизующих бактерий (на 12%) (табл. 4).

Таблица 4 - Влияние длительного применения удобрений на биологическую активность чернозема выщелоченного под пшеницей, слой 0-20 см, (2009-2011 гг.)

Показатель

биологической активности почвы

С0

С1

N10Р17+ С1

N15Р23+ С1

Численность микроорганизмов, КОЕ/г

- бактерии на МПА, млн

25,7

30,2

28,2

44,5

- микроорганизмы на КАА, млн

28,8

26,0

26,7

37,8

- олигонитрофилы, млн

108,8

96,0

11,6

192,7

- фосфатмобилизующие, млн

77,4

87,0

63,7

137,6

- целлюлозоразрушающие, тыс.

41,7

27,4

34,8

38,6

- нитрификаторы, тыс.

3,8

3,4

3,5

5,3

- грибы, тыс.

38,2

28,6

27,8

92,0

- общее количество микроорганизмов, млн

240,8

239,1

230,4

412,7

КАА/МПА

1,12

0,86

0,95

0,85

Пм (МПА+КАА х МПА/КАА)

49

65

58

97

Нитрификационная способность, мг/кг

14,6

19,4

16,3

19,4

С0 - вариант без соломы; С1 - вариант с соломой.

Интенсивность микробиологических процессов в почве значительно возрастает в результате комплексного применения минеральных удобрений и соломы (N15Р23+ С1), при этом увеличивается численность бактерий на МПА на 73%, олигонитрофилов на 77%, фосфатмобилизующих бактерий на 78% и нитрификаторов на 56% в сравнении с вариантом без удобрений. Коэффициент трансформации органических соединений (Пм) в этом варианте наиболее высокий - 97.

Интегральным показателем эффективности удобрительных средств и приёмов является продуктивность агроценоза. Исследования показали, что включение в севооборот люцерны способствует формированию урожайности пшеницы на уровне - 2,99 т/га зерна, что на 22% выше, чем возделывание этой же культуры по чистому пару. Систематическое внесение соломы в комплексе с минеральными удобрениями (N15P23 на га/севооборотной площади) обеспечивает продуктивность севооборота на уровне 2,87 т/га зерн. ед., что на 0,70 т/га или 32% выше, чем в варианте без удобрений. Окупаемость одного килограмма удобрений составила 18,4 кг зерна.

Таким образом, в настоящее время для земледелия региона важное значение имеют: систематическое применение соломы, навоза (как раздельно, так и в сочетании с минеральными удобрениями), включение в севооборот многолетних бобовых трав, обеспечивающих увеличение продуктивности сельскохозяйственных культур, поддержание стабильного состояния плодородия почвы, повышение резистентности и экологической безопасности агроценоза.

Выводы

  1. В условиях южной лесостепи Западной Сибири на черноземных почвах включение в севооборот многолетних бобовых трав (люцерны до 50%) стабилизирует содержание гумуса, повышает запасы мортмассы на 0,48 т/га, содержание нитратного азота, численность агрономически полезной микрофлоры в почве и увеличивает производство зерна более чем на 20% при одновременном повышении его качества.
  2. Длительное применение органоминеральных систем удобрений в севооборотах способствует увеличению запасов продуктивной влаги в почве на 11-13%, содержанию гумуса на 0,16-0,41%, лабильного органического вещества на 0,36-0,48 т/га, обеспеченности растений нитратным азотом на 18-24% и интенсивности биологических процессов в почве.
  3. Применение органоминеральных систем удобрений, сочетающих внесение соломы и минеральных удобрений (N15P23), обеспечивает увеличение продуктивность севооборота на 32% и окупаемости (18,4 кг зер. ед.) минеральных удобрений.

Рецензенты

  • Ермохин Ю.И., д.с.-х.н., профессор кафедры агрохимии ФГБОУ ВПО ОмГАУ, академик Международной и Российской академий аграрного образования, г. Омск.
  • Красницкий В.М., д.с.-х.н., профессор, директор ФГБУ ЦАС «Омский», г. Омск.

Библиографическая ссылка

Храмцов И.Ф., Воронкова Н.А., Балабанова Н.Ф. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВЫ И ПРОДУКТИВНОСТИ АГРОЦЕНОЗОВ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ПРИМЕНЕНИИ ПРИЁМОВ БИОЛОГИЗАЦИИ И СРЕДСТВ ХИМИЗАЦИИ // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 2.;
URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=5843 (дата обращения: 12.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074