Delist.ru

Особенности формирования плодородия лёгких дерново-подзолистых почв при окультуривании и длительном применении различных систем удобрения в условиях Северо-Запада РФ (30.08.2007)

Автор: Цыганова Надежда Александровна

Целинным песчаным и супесчаным подзолистым и дерново-подзолистым почвам свойственна слабая дифференциация профилей по гранулометрическому составу. Им характерно крайне низкое содержание фракции средней пыли (в среднем по всем объектам 1,4 %), мелкой пыли (1,2 %) и ила (1,7 %). Генетические отличия заключаются в преобладании фракции мелкого песка у почв, сформированных на озёрно-ледниковых отложениях, и фракции крупного и среднего песка – у почв, сформированных на моренных и флювиогляциальных отложениях. Гранулометрический состав пахотных почв обусловлен не только составом почвообразующих пород, но и современным этапом почвообразовательного процесса. На стадии слабой окультуренности содержание физической глины в пахотном слое изученных объектов возросло в среднем на 51 %. Аккумулятивный характер распределения физической глины в профиле средне- и хорошо окультуренных видов выражен ещё более отчётливо.

Кислотно-основные свойства целинных подзолистых и дерново-подзолистых почв лёгкого гранулометрического состава существенно зависят от химического состава почвообразующих пород. Максимальные значения всех видов кислотности приходились на элювиальную часть профиля (горизонты А1 (А1А2) и А2 (А2В)) и составляли: актуальной – 4,90 единицы у почв на кислых песчаных отложениях и 6,35 единицы – на карбонатных, обменной – 3,89 и 5,45 единицы, гидролитической – 3,12 и 1,23 мг-экв/100 г почвы, соответственно. Целинные почвы легкого гранулометрического состава имели низкую ёмкость катионного обмена (в среднем 5,63 мг-экв/100 г почвы) и слабо насыщенный основаниями почвенный поглощающий комплекс (46 %).

Применяемые в процессе формирования слабо- и среднеокультуренных почв дозы навоза и извести обеспечивали повышение pH водной вытяжки пахотного слоя в среднем на 0,89 единицы, pH солевой вытяжки – на 0,83 единицы, суммы обменных оснований – на 3,16 мг-экв/100 г и снижение гидролитической кислотности на 0,61 мг-экв/100 г почвы. При этом изменение изначально вполне удовлетворительных кислотно-основных свойств остаточно-карбонатной почвы было направлено на их дальнейшее улучшение (рНКС1 – 6,24; Нг – 0,53 мг-экв/100 г почвы; S – 12,20 мг-экв/100 г почвы; V – 96 %). Кислотно-основные свойства почв, сформированных на кислых материнских породах, не достигли оптимальных значений (рНКС1 – 4,80; Нг – 2,84 мг-экв/100 г почвы; S – 2,50 мг-экв/100 г почвы; V – 47 %).

Ослабление подзолообразования на фоне вторичного насыщения почв карбонатами на стадии хорошей окультуренности привело к снижению всех видов почвенной кислотности (актуальной - с 4,37 – 6,21 до 5,29 – 7,81 единиц, обменной – с 3,63 – 5,21 до 4,96 – 6,94 единиц, гидролитической – с 1,40 – 3,88 до 0,45 – 2,64 мг-экв/100 г почвы), повышению степени насыщенности основаниями с 27 – 81 до 60 – 96 %, уменьшению доли подвижного алюминия в составе обменной кислотности - с 65 – 86 до 13 – 80 %. Однако и у хорошо окультуренных видов почв генетические различия остаются весьма существенными. Наиболее высокими величинами рНКС1 (6,94) и V (96 %) характеризовалась остаточно-карбонатная почва. В то же время окультуривание почвы, сформированной на очень сильнокислом флювиогляциальном песке, не обеспечивало принципиального улучшения её кислотно-основных свойств (рНКС1 – 4,96; V – 60 %).

Целинные подзолистые и дерново-подзолистые почвы лёгкого гранулометрического состава характеризуются неодинаковым, но в целом низким содержанием гумуса. В верхних горизонтах изученных почв оно составляло в среднем 0,95 %. Повышенному накоплению гумусовых веществ способствуют луговая растительность и карбонатность материнских пород (гумусированность луговой остаточно-карбонатной почвы в 2,2 раза выше в сравнении с почвами рода обычных дерново-подзолистых почв, сформированных под лесом); тяжёлый гранулометрический состав подстилающей породы (содержание гумуса в почве, сформированной на флювиогляциальном песке, подстилаемом тяжёлым моренном суглинком, на 56 % выше в сравнении с почвой на глубоком флювиогляциальном песке).

Профиль целинных подзолистых и дерново-подзолистых почв лёгкого гранулометрического состава характеризуется снижением содержания гумуса с глубиной: его среднее содержание в горизонте А2В (А2) составило 0,21 %, в горизонте В – 0,15 %, в горизонте ВС – 0,11 %.

Процессы освоения и окультуривания дерново-подзолистых почв лёгкого гранулометрического состава приводят к существенному изменению содержания гумуса. Абсолютные показатели изменений зависят как от объёмных показателей окультуривающих мероприятий, так и от генетических особенностей почвы. На стадии слабой окультуренности содержание гумуса у почв, имевших исключительно низкие исходные показатели (сформированных на озёрно-ледниковых, бескарбонатных моренных и флювиогляциальных песках), оставалось практически на прежнем уровне (0,77 % - у целинных, 0,82 % - у слабоокультуренных). У слабоокультуренной остаточно-карбонатной почвы, напротив, произошло снижение содержания гумуса – на 28 % по отношению к целинному аналогу,

Формирование хорошо окультуренных почв, происходившее на фоне длительного применения высоких среднегодовых доз органических удобрений (18 - 42 т/га), сопровождалось достоверным повышением гумусированности – в среднем на 98 %. В группе хорошо окультуренных песчаных и супесчаных почв наблюдались существенные различия в содержании гумуса, связанные с особенностями минералогического состава почвообразующих и гранулометрического состава подстилающих пород. Более высокий уровень гумусированности пахотного слоя почв на моренных песках (1,97 – 2,22 %) по сравнению с почвами на озёрно-ледниковых и флювиогляциальных песках (1,59 – 1,64 %) связан, по-видимому, с тем, что первичные минералы последних практически нацело представлены кварцем. Сохранилось преимущество в содержании гумуса у хорошо окультуренной почвы, сформированной на флювиогляциальном песке, подстилаемом тяжёлым моренным суглинком (оно на 24 % выше в сравнении с хорошо окультуренной почвой на глубоком флювиогляциальном песке).

Общие запасы гумуса в метровом слое дерново-подзолистых почв низкие (в среднем по всем объектам 69 т/га). Величина этого показателя определяется степенью окультуренности почвы (средние запасы гумуса в слабоокультуренных почвах – 46, в среднеокультуренных – 86, в хорошо окультуренных – 108 т/га). Меньшее, однако также существенное значение имеет карбонатность материнской породы (средние запасы гумуса в почвах на бескарбонатных породах – 54 т/га, на карбонатных – 85 т/га).

Для верхних горизонтов целинных подзолистых и дерново-подзолистых почв, сформированных на бескарбонатных песчаных отложениях, характерен фульватный тип гумусообразования (Сгк:Сфк - 0,40), на карбонатных – гуматно-фульватный (Сгк:Сфк - 0,60). В нижних горизонтах всех целинных почв гумус принадлежит к фульватному типу. В процессе окультуривания происходит увеличение относительной доли гуминовых кислот, и у хорошо окультуренных аналогов гумус пахотного слоя относится к фульватно-гуматному типу (Сгк:Сфк - 1,00). Лучший показатель (1,14) зарегистрирован в остаточно-карбонатной почве. В нижних горизонтах хорошо окультуренных почв, хотя и наблюдалось некоторое расширение отношения Сгк:Сфк, в составе гумуса преобладающими остаются фульвокислоты.

В составе гуминовых кислот верхних горизонтов целинных подзолистых и дерново-подзолистых почв лёгкого гранулометрического состава значительная доля (54 %) приходится на подвижную фракцию ГК-1. В составе фульвокислот также преобладают подвижная и агрессивная фракции ФК-1 и ФК-1а (59 %). В то же время доля фракций, связанных с кальцием (ГК-2 + ФК-2), весьма низкая – в среднем 12 %. Этот показатель значительно выше у остаточно-карбонатной почвы (34,7 %). Относительная доля негидролизуемого остатка составляла в среднем по всем целинным объектам 31 %, что указывает на неустойчивый гумусовый режим дерново-подзолистых почв лёгкого гранулометрического состава.

В процессе окультуривания наиболее закономерно изменяется содержание фракций гумусовых кислот, связанных с кальцием. Их относительная доля в гумусе хорошо окультуренных почв на 16 % выше в сравнении с целинными и на 54 % в сравнении со слабоокультуренными. По другим фракциям гумусовых кислот определённых закономерностей не установлено. Доля лабильного гумуса в процессе окультуривания имеет тенденцию к снижению, однако продолжает оставаться высокой (36 % к общему содержанию углерода в хорошо окультуренных видах).

10. Содержание азота в составе гумуса целинных подзолистых и дерново-подзолистых почв составляло в среднем 5,3 %. При этом более узкое отношение С:N (9,1) соответствовало наименее гумусированной почве на водно-ледниковом песке, более широкое (13,8) – наиболее гумусированной почве на карбонатном моренном песке. Вероятно, это стало следствием специфики процесса гумификации в песчаных почвах, когда на фоне высокого окислительного потенциала равновесному состоянию биохимической системы, лучше обеспеченной органическим веществом, соответствует меньшая концентрация в нём азота. В процессе окультуривания относительная доля азота снижалась и в хорошо окультуренных аналогах составила 4,4 %.

11. Общее содержание азота в профиле целинных подзолистых и дерново-подзолистых почв лёгкого гранулометрического состава крайне низкое и находится в соответствии с распределением в них гумуса. В верхних горизонтах оно колебалось от 0,03 до 0,07 % от массы почвы. На величину этого показателя оказали влияние характер естественной растительности и карбонатность почвообразующих пород. Особенно низким содержанием общего азота (330 мг/кг) отличался горизонт А1А2 подзолистой почвы на флювиогляциальном песке, сформированной под хвойным лесом. Максимальное содержание валового азота (696 мг/кг) свойственно горизонту А1 луговой почвы на карбонатном моренном песке. Целинные аналоги изучаемых почв характеризовались низким содержанием легкогидролизуемых (15 – 33 мг/кг) и минеральных (7 – 16 мг/кг) соединений азота и слабой нитрификационной способностью (3 – 14 мг/кг) независимо от условий их формирования.

Параметры изменения валового содержания азота в процессе окультуривания почв лёгкого гранулометрического состава зависят от исходной величины, характерной целинному аналогу. При значительном содержании общего азота, свойственном целинной остаточно-карбонатной почве, на стадии слабой окультуренности произошло его снижение на 21 %. В пахотном слое хорошо окультуренного вида оно возросло лишь в 1,1 раза. Напротив, крайне низкое содержание валового азота в лесных подзолистых почвах на флювиогляциальном песке, в слабоокультуренных вариантах сохранилось на уровне целинного аналога. Их хорошо окультуренные виды характеризовались значительным относительным ростом рассматриваемого показателя, который составил 2,1 – 2,6 раза. При этом генетические различия между почвами на стадии хорошей окультуренности были снивелированы.

В хорошо окультуренных видах изучаемых объектов наблюдалось увеличение содержания легкогидролизуемого азота в 1,4 – 2,8 раза, нитрификационной способности – в 1,8 – 4,1 раза. Однако лишь у остаточно-карбонатной почвы они достигли параметров хорошо окультуренного вида (63 и 34 мг/кг, соответственно). Содержание минеральных соединений азота оставалось низким (14 – 24 мг/кг), чем, вероятно, и объясняется сохранение высокой эффективности азотных удобрений на стадии хорошей окультуренности.

12. Хорошо окультуренные дерново-подзолистые почвы характеризуются неустойчивым гумусным состоянием. Их 18-летнее использование в зернопропашном севообороте без удобрений привело к снижению содержания гумуса на 0,35 %, или по 0,019 % в среднем в год. При этом относительная доля гуминовых кислот в составе последнего уменьшилась на 13 %, а фульвокислот – повысилась на 17 %. Снизилась и доля азота в составе гумуса (с 6,4 % в начале опыта до 4,7 % - в конце). Дегумификация почвы не была предотвращена и в контрольном варианте зернотравянопропашного севооборота, но её темпы удалось замедлить в 2,4 раза по сравнению с первой ротацией севооборота без трав. Отмечалось и обеднение гумуса азотом – с 5,2 % в начале опыта до 4,5 % - в конце.

13. Применение минеральных удобрений, включая и азотные, практически не отражается на темпах дегумификации хорошо окультуренной дерново-подзолистой почвы. В полевом севообороте без трав среднегодовое снижение содержания гумуса в пахотном слое составило в варианте без удобрений 0,019 %, в вариантах N90-120 и N90P60K60 – в среднем 0,015 %; в полевом севообороте с клевером – в варианте без удобрений 0,019 %, в вариантах N, экв. и NPK, экв. – 0,016 %. В то же время среднегодовое внесение N116 в составе аммиачной селитры в севообороте без трав и N52 в севообороте с травами обеспечивало сохранение исходного содержания этого элемента в составе гумуса.

Стабилизация исходных количественных и качественных показателей гумусного состояния в почве полевого севооборота без многолетних трав обеспечивалась среднегодовым внесением на 1 га 13 т подстилочного навоза (на фоне полного минерального удобрения), в почве севооборота с двумя полями клевера – 11 т. Сохранение первоначального уровня гумусированности в хорошо окультуренной песчаной почве возможно при среднегодовом внесении 13 т/га подстилочного навоза, или 14 т/га торфонавозного компоста, или 52 т/га органоглинистого сапропеля.

14. При использовании хорошо окультуренных почв в интенсивных севооборотах без применения удобрений относительные потери азота значительно превышали убыль гумуса. В зернопропашном севообороте, где за 18 лет исследований дефицит баланса азота в контрольном варианте составил 1603 кг/га (по 89 кг/га в год), снижение общих запасов этого элемента достигло 35 % к исходному уровню. Двухлетнее возделывание в севообороте клевера лугового сократило дефицит баланса азота до 70 кг/га в год. Хотя и в этом случае наблюдалось уменьшение валового содержания азота на 20 %. Кроме того, в севообороте без многолетних трав содержание легкогидролизуемого азота уменьшилось на 54 %, нитрификационная способность почвы – на 56 %.

Ежегодное внесение N90-120 замедляло процесс деградации азотного состояния хорошо окультуренной почвы, но не предотвращало его полностью. Существенными факторами стабилизации азотного состояния выступали посевы многолетних бобовых трав и внесение различных видов органических удобрений.

15. В отсутствие возмещения значительных инфильтрационных и продуктивных потерь кальция, кислотно-основные свойства хорошо окультуренных почв в процессе их сельскохозяйственного использования подвержены деградации. Даже при карбонатности материнской породы параметры среднегодового снижения рНКС1 в варианте без удобрений составляли 0,02 единицы, содержания обменных оснований – 0,05 мг-экв/100 г почвы. Деградация кислотно-основных свойств сопровождалась ускоренными темпами увеличения актуальной и обменной кислотности, а также доли подвижного алюминия в составе последней.

Минеральная система удобрения усиливала подкисление почвы. Уровень среднегодового снижения рНКС1 при длительном использовании азотного и полного минерального удобрения составлял 0,03 единицы, а суммы обменных оснований - 0,08 мг-экв/100 г почвы.

Органическая система удобрения, применяемая в полевых опытах, способствовала сохранению исходных кислотно-основных свойств хорошо окультуренной дерново-подзолистой почвы.

16. Хорошо окультуренные дерново-подзолистые почвы Северо-Западного района России обладают высоким уровнем эффективного плодородия, обеспечивающим в длительных опытах среднегодовую продуктивность полевых севооборотов 5 т/га зерновых единиц. Специфика их питательного режима определяет высокую эффективность азотных (прибавка урожая в среднем составила 26 %) и пониженную – фосфорных и калийных удобрений (9 %). Эффективность органических удобрений на этих почвах средняя (18 %), а последействие весьма слабое (7 %).

17. Высокая агроэкономическая и агроэнергетическая эффективность использования хорошо окультуренных дерново-подзолистых почв на базе ресурсосберегающих (в том числе моноазотных) минеральных систем удобрения абсолютно несовместима с агроэкологическими требованиями воспроизводства почвенного плодородия. Длительное применение одних минеральных удобрений приводит к деградации ряда важных агрохимических составляющих плодородия до диагностического уровня среднеокультуренной почвы.

18. Энергетические затраты на формирование 1 га окультуренных дерново-подзолистых почв лёгкого гранулометрического состава составляли 768 ГДж. Затраченная на окультуривание энергия окупится валовой энергией сельскохозяйственной продукции за 13 лет. Вследствие диспаритета цен на промышленную и сельскохозяйственную продукцию окупаемость материально-денежных затрат потребует большего времени – 21 год.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Учитывая особую ценность хорошо окультуренных дерново-подзолистых почв, по сути близких по уровню эффективного плодородия чернозёмам, формирование таких почв на сельскохозяйственных землях Северо-Западного района следует рассматривать как одну из главных стратегических задач земледелия.

2. В условиях экономической нестабильности сельского хозяйства допустимо на протяжении не более 10 лет использовать хорошо окультуренные почвы в системе полевых севооборотов на фоне средних или повышенных доз азотных удобрений (60 – 120 кг/га), принимая во внимание, что за это время произойдёт снижение содержания гумуса на 0,2 %, валового азота – на 0,01 %, рНКС1 – на 0,32 единицы.

3. Наиболее реальными мерами предотвращения деградации гумусного состояния хорошо окультуренных почв региона будет доведение доли многолетних трав в структуре посевов до 25 – 30 % и внесение навоза в среднегодовых дозах не менее 11 т/га.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ,

ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в рецензируемых изданиях, согласно перечню ВАК

1. Иванов И.А., Иванов А.И., Цыганова Н.А. Изменение свойств подзолистых и дерново-подзолистых почв лёгкого гранулометрического состава при окультуривании // Почвоведение. – 2004. - № 4. – С. 489 – 499.

2. Цыганова Н.А. Изменение азотного состояния подзолистых и дерново-подзолистых почв на песчаных породах при окультуривании // Агро XXI. – 2007. - № 1 - 3. - С. 44 – 46.

3. Цыганова Н.А. Изменение кислотно-основного состояния подзолистых и дерново-подзолистых почв на песчаных породах при окультуривании // Аграрная наука.- 2007. - № 4. – С. 9 – 11.

4. Цыганова Н.А. Изменение кислотно-основных свойств в процессе окультуривания дерново-подзолистых почв // Агрохимический вестник. – 2007. - № 3. – С. 12 – 13.

5. Иванов И.А., Цыганова Н.А., Воробьёв В.А. Агроэкологическая оценка длительного применения минеральных удобрений // Приложение к журналу «Плодородие». – 2007. - № 3. – С. 26.

Статьи и материалы конференций

загрузка...