WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На правах рукописи

Яковлева Лидия Владимировна

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИЗВЕСТКОВАНИЯ

ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ

СЕВЕРО-ЗАПАДА РОССИИ

Специальность 06.01.04 – агрохимия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора сельскохозяйственных наук

Санкт-Петербург – Пушкин - 2009

Работа выполнена в лаборатории агрохимии Государственного научного учреждения Ленинградский научно-исследовательский  институт сельского

хозяйства «Белогорка» Россельхозакадемии (ГНУ ЛНИИСХ «Белогорка»

Россельхозакадемии)

Научный консультант -

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Небольсин Александр Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор

Аканова Наталья Ивановна

доктор сельскохозяйственных. наук

Литвинович Андрей Витальевич

доктор сельскохозяйственных наук

Цыганова Надежда Александровна

Ведущее учреждение:  Российский государственный аграрный университет - МСХА им.К.А.Тимирязева (РГАУ - МСХА им.К.А.Тимирязева)

Защита диссертации состоится «…...»……………….….2009г.

в ….. час…..мин. на заседании диссертационного совета  ДМ 220.060.03

в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете по адресу:

196601, Санкт-Петербург – Пушкин, Петербургское шоссе, 2, корп. 1-а, ауд.239; e-mail: spbgau@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке

Санкт-Петербургского государственного аграрного университета

Автореферат разослан «……..»……………………….2009г.

Ученый секретарь

диссертационного советаН.Ф.Лунина

"Значение почв в истории планеты

гораздо больше, чем это обычно кажется".

В.И.Вернадский, 1960

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Деградация плодородия почв Северо-Запада России – результат резкого снижения применения химических мелиорантов и минеральных удобрений и усиления вследствие этого генетических и климатических особенностей формирования почв региона (Кулешов Л.Н., 1997).

Главная задача сельскохозяйственного производства - получение достаточно высоких урожаев хорошего качества при сохранении и приумножении плодородия почвы. На кислых дерново-подзолистых почвах это невозможно без их известкования и внесения органических и минеральных удобрений. Известь и минеральные удобрения являются чрезвычайно сильными средствами воздействия на все фазы почвы. В результате известкования и применения минеральных удобрений изменяются кислотно-основное равновесие, физические, химические, биологические свойства почвы. Изменение режима питания растений приводит к изменению качества продукции, степени поражаемости растений вредителями и болезнями; изменяются источники почвенной кислотности, источники миграции различных веществ в почвах, в том числе оснований. Недостаток кальция снижает устойчивость растений к неблагоприятным погодным условиям и вредным химическим веществам. Роль достаточной обеспеченности кальцием возрастает при загрязнении почв тяжелыми металлами.

При резком сокращении масштабов известкования (в 2003 – 2005 годах известь ежегодно вносили на площади 350 – 400 тыс. га, а необходимо было известковать 7 – 8 млн. га) обеднение почв основаниями и рост кислотности почв достигли катастрофического уровня. Площадь кислых почв по расчетам Шильникова И.А. и Акановой Н.И. (2007) составляет 54 – 56 млн. га. В настоящее время установлено наличие кислых почв даже в Краснодарском крае (Овчаренко М.М., 2006) Результатом такого необдуманного отношения к одному из главных богатств страны является снижение плодородия почвы. При сохранении существующих объемов известкования неизбежны деградация почв из-за потерь кальция и магния. На кислых почвах на 20-40% снижается эффективность минеральных удобрений, а при высоком содержании подвижных форм алюминия, применение азотных и калийных удобрений может даже понизить урожай. Поэтому исследования, направленные на обоснование необходимости известкования кислых почв, на поиск путей снижения непроизводительных потерь оснований из корнеобитаемых горизонтов почв, безусловно, являются актуальными.

Цель и задачи исследований.

Основной целью данной работы было на основании исследований в многолетних полевых, микрополевых, лизиметрических опытах выяснить влияние известкования и длительного применения минеральных удобрений на свойства и режимы почвы и развитие растений и определить пути сохранения плодородия почвы. В связи с этим мы ставили перед собой следующие конкретные задачи:

  1. В длительных экспериментах изучить влияние известкования на свойства дерново-подзолистых почв.
  2. Определить эффективность известкования в зависимости от биологических особенностей и условий выращивания сельскохозяйственных культур.
  3. Изучить миграционную способность и размеры вымывания элементов питания в дерново-подзолистых почвах под влиянием извести и минеральных удобрений.
  4. Разработать научную концепцию создания экологически безопасных минеральных удобрений.
  5. Провести экспериментальную проверку разработанной концепции.

Работа выполнена в рамках государственного задания 01.02. «Разработать рациональные приемы первичного и периодического известкования кислых почв, обеспечивающих снижение потерь кальция и магния, поддержания реакции почвы на оптимальном уровне для сельскохозяйственных культур».

На защиту выносятся следующие положения:

  1. При длительном применении минеральных удобрений, извести принадлежит важная роль в сохранении и приумножении плодородия почв, не насыщенных основаниями.
  2. При известковании почвы и длительном применении минеральных удобрений изменяется структура ППК и состав лизиметрических вод, изменяются источники миграции питательных веществ и ее масштабы. Длительность действия извести связана с условиями, регламентирующими миграционную способность оснований в почвах.
  3. Известкование кислых дерново-подзолистых почв повышает эффективность использования минеральных удобрений сельскохозяйственными культурами, повышает продуктивность растений и обеспечивает их высокое качество. Велика роль извести в питании растений кальцием.
  4. Химический состав минеральных удобрений играет существенную роль в миграции кальция извести по профилю почвы и оказывает влияние на продолжительность положительного действия известкования.
  5. В настоящее время существует реальная возможность создания удобрений нового поколения, способных обеспечить растениям оптимальный режим питания, не нарушая экологического равновесия в системе почва – растение – природные воды.

Научная новизна результатов исследований

  • Выявлены новые аспекты влияния минеральных удобрений на формирование структуры почвенной кислотности и продолжительности действия известкования.
  • Доказана тесная корреляционная зависимость содержания различных фракций гумусовых веществ от отдельных свойств почв.
  • Установлены зависимости развития различных групп микроорганизмов от содержания в почве фитотоксичных элементов.
  • Показаны изменения режимов питания растений азотом, фосфором и калием в условиях длительного применения минеральных удобрений и известкования.
  • В опытах с 45Са доказана существенная роль извести в питании растений кальцием.
  • Изучена миграция веществ в дерново-подзолистых почвах и выявлены источники миграции при различных уровнях и формах применения минеральных удобрений и извести.
  • Впервые разработана научная концепция создания экологически безопасных удобрений.
  • Проведена экспериментальная проверка действия удобрений нового поколения, подтвердившая реальную возможность их создания и эффективность действия.

Теоретическая значимость работы.

Установлены новые закономерности влияния извести и минеральных удобрений на структуру почвенной кислотности, содержание фитотоксичных элементов, гумусное состояние почв, биологическую активность, режимы элементов питания и кальция, изменения миграционной способности элементов питания в почвах.

В опытах с известью, меченной изотопом 45Са, выяснена роль извести в питании растений кальцием.

Разработана концепция создания экологически безопасных удобрений.

Практическая значимость работы.

В работе показана существенная роль извести в сохранении плодородия дерново-подзолистых почв Северо-Запада России за счет изменения при известковании режимов и процессов, протекающих в почве, изменения условий развития растений. Продолжительность действия извести связана как с дозой её внесения, химическим и гранулометрическим составом, так и с выносом оснований (прежде всего кальция и магния) урожаями сельскохозяйственных культур и потерями за счет вымывания.

Миграция оснований за пределы пахотного горизонта зависит от уровня применения минеральных удобрений и их химического состава, количества осадков, гранулометрического состава почв и времени, в течение которого почва занята растительностью. Особенно сильно возрастают потери оснований из почв легкого гранулометрического состава, обладающих малой емкостью поглощения.

Разработанная концепция создания удобрений нового поколения позволяет снизить потери оснований при различных условиях в 1,5…5раз за счет изменения химического состава удобрений и изменения ёмкости поглощения почв. Эта концепция позволяет отнести ряд минеральных удобрений, выпускаемых в настоящее время промышленностью, к разряду отвечающих требованиям, предъявляемым (по разработанной концепции) к экологически безопасным удобрениям. Применение их позволяет получать высокие урожаи хорошего качества, не нанося при этом значительного вреда окружающей среде.

Реализация результатов исследований

  • На основании результатов проведенных исследований разработана научная концепция «Экологически безопасные удобрения» (Белогорка, 2005);

Основные положения и результаты исследований автора вошли составной частью в следующие разработки:

  • «Нормативы расхода известковых материалов для сдвига реакции почвенной среды до оптимального уровня рН на различных типах почв» (М., 1980);
  • «Нормы расхода известковых материалов для сдвига реакции почвенной среды до оптимального уровня рН на различных типах почв» (М., 1986);
  • «Научные основы применения органических удобрений в Ленинградской области» (Л., 1987);
  • «Научные основы и технология использования удобрений и извести» (Изд. СПбГУ, СПб, 1997);
  • «Эколого-экономические основы и рекомендации по известкованию, адаптированные к конкретным почвенным условиям» (М.-СПб, 2000);
  • «Методология и агротехнические приемы увеличения продолжительности действия извести» (Белогорка, 2005).
  • «Рекомендации по использованию органических удобрений» (Белогорка, 2007)

Апробация работы.

Результаты исследований неоднократно докладывались на научных и научно-практических всероссийских и международных конференциях в Санкт-Петербурге, Москве, Иваново, Обнинске, Брянске, Белогорке и других городах, в том числе: на П съезде Всероссийского общества почвоведов (СПб, 1996), на научной конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете (1997г.); на 5-ой научно-практической конференции «Агроэкологическое обоснование теории и технологий использования разных видов удобрений и химических мелиорантов в земледелии» (М., 1997г.); на Ш съезде Докучаевского общества почвоведов (г. Суздаль, М., 2000г.); на научно-практической конференции «Круговорот биогенных веществ и плодородие почв в адаптивно-ландшафтном земледелии России» (М., 2000г.); на научной конференции «Современные проблемы сельскохозяйственного землепользования» (Белогорка, 2002г.); на симпозиуме по проблеме лизиметрических исследований в сельском хозяйстве (М., 2004г.); на международном форуме «Земля и урожай» (СПб, 2007г.); на Межрегиональной научно-практической конференции «Почвенные ресурсы Северо-Запада России: их состояние, охрана и рациональное использование» (СПб, 2008г.); на Всероссийской конференции с международным участием «Продукционный процесс растений: теория и практика эффективного и ресурсосберегающего управления» (СПб, 2009 г.)

Публикации.

Основные результаты исследований по теме диссертационной работы опубликованы в 51 научной работе.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, предложений производству, списка использованной литературы. Она изложена на 374 страницах, содержит 80 таблиц, 39 рисунков, а также 42 таблицы и 3 рисунка в приложении. Список использованной литературы включает 401 наименование.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1.ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Поставленные задачи мы пытались решить на базе исследований, проведенных в течение 1976-2006г.г. в отделе агрохимии Северо-Западного научно-исследовательского института сельского хозяйства (в настоящее время Ленинградский НИИ сельского хозяйства Россельхозакадемии). Работа написана по результатам, полученным в многолетних полевых, микрополевых, лизиметрических опытах (более 100 опыто-лет), а также в вегетационных и лабораторных опытах и с помощью химических, биологических и микробиологических исследований.

ПОЛЕВЫЕ опыты были заложены на дерново-подзолистых супесчаных слабоокультуренных почвах (опыт 1 – в 1977году, а опыт 2 – в 1981году).

МИКРОПОЛЕВЫЕ многолетние опыты проводили на дерново-подзолистых почвах различного гранулометрического состава (песок, супесь, легкая глина - по классификации Н.А.Качинского, 1958г.).

ЛИЗИМЕТРИЧЕСКИЕ опыты закладывали на дерново-подзолистых слабоокультуренных почвах различного гранулометрического состава в насыпных лизиметрах нашей конструкции. Схемы опытов несколько различаются, но объединены общей идеей, целью работы.

Химические анализы почв и растений проводили по общепринятым методикам и утвержденным ГОСТам. При анализе лизиметрических вод использовали «Методические указания по проведению исследований с изотопом азота 15N и определению элементов питания в лизиметрических водах» (М.,1978) и «Методические указания по определению азота нитратов и нитритов в почвах, кормах и растениях» (М. 1981). Особенности проведения некоторых оригинальных опытов, химических, биологических и микробиологических исследований описаны в тексте диссертационной работы.

Все опыты были расположены вблизи пос. Белогорка. Поэтому мы использовали результаты наблюдений Белогорской агрометеостанции, любезно предоставленные нам ее сотрудниками, а также материалы, опубликованные в агрометеорологических бюллетенях по АМС „Белогорка” и результаты наших наблюдений за химическим составом атмосферных осадков. Лизиметрические воды отбирали по мере поступления их в приемники с помощью насоса Камовского и колбы Бунзена.

По нашим наблюдениям количество веществ, поступающих за год в почву с атмосферными осадками в окрестностях п. Белогорка составляет в среднем: ионов калия – 7.4 кг/га; натрия – 2.1; кальция – 12.5; магния – 3; хлора – 2.9; свинца – 0.05; цинка – 0.4; никеля – 0.4; кадмия – 0.01; кобальта – 0.09; меди – 0.1; железа – 0.9; азота нитратов – 9.3; азота аммония – 8.4 кг/га.

Для того, чтобы проследить судьбу кальция извести в почве, его поглощение растениями, потери от вымывания, в микрополевых опытах вносили известь, меченную изотопом 45Са с периодом полураспада 154 дня.

Лабораторные опыты проводили в лизиметрических колонках, изготовленных из полимерных труб с припаянной на одном конце воронкой, в которую помещали дренаж. Колонки заполняли дерново-подзолистой супесчаной слабоокультуренной почвой, взятой с защитной полосы многолетнего полевого опыта № 2. Полученные фильтраты анализировали по тем же методикам, что и лизиметрические воды.

Все почвы, отобранные для опытов, имели кислую реакцию, были бедны фосфором и, за исключением легкой глины из Новгородской области, калием.

2. ИЗВЕСТКОВАНИЕ И ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ, НЕНАСЫЩЕННЫХ

ОСНОВАНИЯМИ (НА ПРИМЕРЕ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ)

2.1. В настоящее время считают, что вредное действие кислотности почвы на растения связано с присутствием в ней катионов водорода, алюминия, марганца и железа. Однако в почве совершаются гораздо более сложные процессы и влияние кислотности почвы на среду обитания растений; их продуктивность и качество проявляется в разной степени и зависит от различного сочетания множества условий и свойств почвы: содержания обменных оснований, наличия подвижного алюминия, уровня реакции почвы, содержания органического вещества и подвижного фосфора, подвижных форм марганца и железа, гранулометрического состава почвы. Эффективность известкования в зависимости от сочетания этих факторов может быть различной

Многолетние наблюдения в наших опытах показали, что наибольшие изменения рНКС1 в почве происходят в течение первого года после внесения извести и сохраняются в зависимости от дозы извести и гранулометрического состава почвы от З до 6…8 лет. В этот период происходит наряду с вымыванием оснований взаимодействие почвы с не прореагировавшей известью. Через три года после внесения содержание свободной извести составляло от 10 до 64% от внесенного количества в зависимости от нормы внесения. Применение минеральных удобрений на кислых почвах приводит через 4…5лет к достоверному снижению реакции почвы ниже исходного уровня (табл. 1) в результате вымывания оснований с атмосферными осадками вместе с подвижными анионами удобрений (хлоридами, сульфатами), а также в составе органо-минеральных комплексов.

Таблица 1. Влияние минеральных удобрений на реакцию почвы

Фон

удобрений

Год наблюдений

Исходное

1

3

6

9

13

Без удобрений

4.55

4.87

4.27

4.37

4.39

4.35

N1Р1К1

4.55

4.83

4.25

4.21

4.20

4.15

N2Р2К2

4.55

4.73

4.23

4.02

4.06

3.69

N3Р3К3

4.55

4.67

4.21

4.00

3.84.

3.53

НСР05 по фактору «удобрения» – 0.12; НСР05 по фактору «годы» – 0.22

Коэффициент корреляции между продолжительностью применения удобрений и изменением рНКС1 почвы возрастает с увеличением дозы удобрений (рис.1). Темпы подкисления произвесткованной почвы зависят от дозы внесенных удобрений, уровня рН, достигнутого при известковании и буферности почвы. При внесении высоких доз извести роль уровня применения минеральных удобрений в подкислении почвы, по крайней мере втечение первых двадцати лет, не столь ярко выражена как при известковании по полной гидролитической кислотности и меньшими дозами (рис.2).

Влияние минеральных удобрений на изменение величины гидролитической кислотности дерново-подзолистой супесчаной почвы в первые годы четко не выражено (рис.3). Связано это и с методическими особенностями определения гидролитической кислотности почвы (неполнота вытеснения при однократной обработке), и с присутствием в почве непрореагировавшей извести.

Обменная кислотность в изучаемых почвах объясняется в основном присутствием подвижного алюминия и, в меньшей степени, - обменного водорода. Как показали исследования образцов пахотных почв Северо-Запада Нечерноземья, в почвах, имеющих реакцию среды (рН в КС1) 4,0, содержится 9…10мг/100г подвижного алюминия; при рН 4,9…5,0 – около 1мг.

Наиболее четко влияние минеральных удобрений на содержание подвижного алюминия проявилось на супесчаной почве, отличающейся невысокой буферностью и значительным содержанием подвижного алюминия в составе почвенного поглощающего комплекса (рис.4).

Рис.1. Влияние минеральных удобрений на реакцию дерново-подзолистой супесчаной почвы (У=А•еВ•х)

1.Без удобрений

r = –0.26

Уровень значимости не существенен

2.N1Р1К1

r = –0.57

Р = 0.05

У=4,46•е-0,0058•х

3.N2Р2К2

r = –0.74

Р = 0.01

У=4,48•е-0,0105•х

4.N3Р3К3

r = –0.77

Р = 0.01

У=4,49•е-0,0133•х

Рис.2. Изменение реакции произвесткованных по 2,5Нг почв во времени

1.Без удобрений

r = –0.93

Р = 0.001

У=7,52•е-0,0146•х

2.N1Р1К1

r = –0.93

Р = 0.001

У=7,63•е-0,0168•х

3.N2Р2К2

r = –0.95

Р = 0.001

У=7,51•е-0,0167•х

4.N3Р3К3

r = –0.94

Р = 0.001

У=7,57•е-0,0232•х

Рис. 3. Динамика гидролитической кислотности в дерново-подзолистой почве многолетнего полевого опыта 2 (варианты известкования по 0,5 Нг) (У=А*еВ*Х)

1.Без удобрений

r = 0,849

Р = 0.001

У=1,791*е0,0452Х 

2.N1P1K1

r = 0,909

Р = 0.001

У=2,026*е0,0473Х

3.N2P2K2

r = 0,900

Р = 0.001

У=1,848*е0,0639Х

4.N3P3K3

r = 0,913

Р = 0.001

У=1,752*е0,0818Х

Без удобрений

r = - 0,850

Р = 0,001

n = 21

У=149,3*е-1,519Х

N120P120K120

r = - 0,936

Р = 0,001

n = 21

У=448,6*е-1,692Х

Рис.4.  Влияние реакции среды на содержание подвижного алюминия в дерново-подзолистой супесчаной почве. (У=А·еВ*Х)

2.2. Плотность почвы является интегральным показателем агрофизического состояния и оценки ее пригодности для возделывания определенных сельскохозяйственных культур, так как она оказывает существенное влияние на основные факторы жизни растений и биологическую активность почвы. Очень рыхлое или плотное сложение почвы отрицательно влияет на рост и развитие растений.

Мы не ставили цели определения оптимальных параметров плотности наблюдаемых объектов, а пытались определить степень влияния известкования на равновесную плотность почвы. Установлено, что при известковании почва остается более рыхлой, чем почва контрольных вариантов как в пахотном, так и в слое 20 – 30см. Связано это с большей агрегированностью известкованной почвы, а также с лучшим развитием корневых систем растений на известкованных почвах и бльшим количеством поступающих в почву корневых и пожнивных остатков.

2.3. Ёмкость поглощения почвы.

Как известно, в реакциях катионного обмена почвенный поглощающий комплекс проявляет себя как анион кислотной природы. На его поверхности существуют сильнокислотные и слабокислотные обменные позиции, определяемые по гетерополярному (ионному) и ковалентному (полярному) связыванию обменно адсорбируемых водородных ионов. Сильнокислотные позиции представлены базальными поверхностями глинистых структур и являются результатом неэквивалентного изоморфного замещения в октаэдрическом и тетраэдрическом слоях решетки.

В отдельных случаях к сильным ацидоидам почвы относятся относительно сильные органические кислоты негумусовой природы и отчасти гумуса. Слабокислые позиции представлены протонами диссоциирующих гидроксидов боковых поверхностей глинистой решетки и гумусовых кислот. Оба вида позиций почвенного поглощающего комплекса в реакциях катионного обмена участвуют различно из-за их различного отношения к концентрации водородных ионов в окружающем почвенном растворе. В почвах наших опытов емкость поглощения зависит, главным образом, от гранулометрического состава и содержания гумуса. С увеличением дозы извести емкость поглощения возрастает. Емкость поглощения почв увеличивается на 3…31% при известковании почв различного гранулометрического состава до рН 5 и на 28…59% - при внесении извести для доведения реакции почвы до рН 7 (по отношению к неизвесткованной почве) (табл. 2).

Это обусловлено освобождением после известкования мест обмена в ППК, блокированных ранее алюминием и является, как установлено А.Н.Небольсиным (1979), следствием его осаждения в виде нерастворимых гидроксидов и вовлечением в реакции обмена карбоксильных и отчасти гидроксильных групп гумусовых веществ.

Таблица 2. Изменение емкости поглощения дерново-подзолистых почв различного гранулометрического состава в зависимости от доз извести и удобрений (мэкв. на 100г почвы).

Дозы

Е

Е

от 1т извести

удобрений

извести

Без удобрений

(песчаная почва)

0

5,63

До рН 5

7,38

1,09

До рН 7

8,45

0,54

N60P60K60

(песчаная почва)

0

5,84

До рН 5

7,37

0,96

До рН 7

8,02

0,42

N120Р120К120

(песчаная почва)

0

6,18

До рН 5

6,55

0,23

До рН 7

7,92

0,33

НСР05

0,62

Без удобрений

(супесчаная почва)

0

8,27

До рН 5

9,53

0,57

До рН 7

12,20

0,42

N60P60K60

(супесчаная почва)

0

8,12

До рН 5

9,30

0,54

До рН 7

11,30

0,34

N120Р120К120

(супесчаная почва)

0

8,58

До рН 5

8,90

0,15

До рН 7

12,14

0,38

НСР05

0,75

Без удобрений

(легкая глина)

0

13,66

До рН 5

14,36

0,37

До рН 7

20,53

0,46

N60P60K60

(легкая глина)

0

13,68

До рН 5

14,14

0,24

До рН 7

21,77

0,55

N120Р120К120

(легкая глина)

0

13,64

До рН 5

14,94

0,68

До рН 7

19,68

0,41

НСР05

0,89

Самое большое увеличение емкости поглощения наблюдалось на дерново-подзолистой глинистой почве при известковании до рН 7 (на 6,87 ± 0,89 мэкв. на 100г почвы) по отношению к контролю. Однако изменение величины емкости поглощения от 1т внесенного мелиоранта было наибольшим на малобуферной, малогумусированной песчаной почве, произвесткованной малыми дозами извести (до рН 5), причем с увеличением доз удобрений с 60 до 120 кг д.в. этот показатель снижался с 1,09 до 0,23 мэкв. на 100г почвы. Определение катионообменной емкости по методике С.Ганева  в наших опытах показало, что емкость поглощения в произвесткованных почвах увеличивается за счет слабокислотных обменных позиций органического вещества почвы

2.4. Огромная роль в формировании почвенного плодородия принадлежит гумусовым веществам. Органическое вещество и кальций являются основными экологическими факторами, позволяющими увеличить буферность плодородия почвы, что является основой стабильности земледелия. Известкование, с одной стороны, создает благоприятные условия для новообразования гумусовых веществ, с другой – для возрастания скорости разложения растительных остатков. В зависимости от различных условий и преобладания тех или иных процессов, результаты могут быть различны.

Пока не выявлено, какие группы и фракции гумусовых веществ являются ближайшим резервом почвенного плодородия. Одни авторы считают наиболее важными для растений фракции гуминовых кислот, непосредственно переходящие в щелочную вытяжку, и фульвокислот, выделяемых при декальцировании. В ряде других исследований агрономически ценной фракцией гумуса считается фракция гуминовых кислот, связанных с кальцием.

В почвах наших опытов под влиянием известкования уменьшилось содержание фракции 1 гуминовых кислот и увеличилось содержание фракции 2, несколько уменьшилось содержание фракции 1а и 1 фульвокислот, а фракции 2 – увеличилось. Уменьшение содержания фракции 1 гуминовых кислот при известковании может быть обусловлено:

  1. химическим связыванием с кальцием и переходом во фракцию 2;
  2. переводом связанных с подвижными полуторными оксидами гуминовых кислот во фракции 2 или 3 с более устойчивыми формами полуторных оксидов.

Увеличение содержания фракции 2 гуминовых кислот может быть объяснено:

  1. химическим связыванием гуминовых кислот с кальцием за счет фракции 1;
  2. частичным переводом по мере подщелачивания реакции растворимых форм гуминовых кислот, связанных с малоустойчивыми соединениями железа и алюминия в более устойчивые, растворимые в 0,1н NаOН лишь после обработки Н2SO4.

Основной причиной увеличения содержания гуминовых кислот 2 фракции и уменьшения 1 при одновременном снижении оптической плотности фракции 1 гуминовых кислот, считают перегруппировку в составе самих фракций. Под влиянием внесенного в почву кальция наиболее оптически плотная часть гуминовых кислот 1фракции связывается с ним и пополняет 2 фракцию. А.Н.Небольсин (1978) назвал это явление естественным фракционированием под влиянием кальция.

В отличие от гуминовых кислот фульвокислоты обладают бльшим сродством к почвенным минеральным коллоидам и встречаются в почве только в адсорбированном этими частицами виде. Количество «свободных» фульвокислот, а следовательно и количество кислых функциональных групп определяется не только содержанием гумуса, но и гранулометрическим составом почвы – количеством илистых частиц, способных закрепить фульвокислоты в верхнем слое почвы. Расчет частных коэффициентов корреляции в составе множественной зависимости (между содержанием фракции 1 фульвокислот, величиной гидролитической кислотности и содержанием илистых частиц) показал, что количество фульвокислот фракции 1 почти функционально связано с содержанием илистых частиц (r=0,97).

2.5. Роль микроорганизмов в почвообразовании огромна. Благодаря им подзолообразовательный процесс не приводит к конечному этапу эллювиального процесса, к образованию бесплодного подзола и не является только средой, на фоне которой формируется та или иная микрофлора. Плодородие дерново-подзолистых почв неразрывно связано с интенсивностью биологических процессов, протекающих в них.

Известь играет исключительно важную роль в повышении устойчивости микробной системы почв в связи с применением минеральных удобрений. Известкование оказывает существенное влияние на структуру и численность почвенной микрофлоры. Во всех опытах содержание грибов снижалось на известкованной почве на 15…42%. Количество бактерий, использующих минеральные формы азота увеличивалось в 2,3…4,7 раза, количество бактерий, разлагающих органические азотсодержащие вещества – в 2,5…5,2 раза, количество олиготрофных бактерий – в 1,5…3,5 раза, споровых бактерий – в 1,1…2,1 раза, актиномицетов – в 2,0…10 раз в зависимости от дозы внесенной извести.

Большое влияние на почвенную микрофлору оказывает не только уровень реакции почвы, но и содержание в ней подвижных форм фитотоксичных элементов (алюминия, марганца, железа). Зависимости носят нелинейный характер и имеют высокую тесноту связи (табл.3).

В известкованных почвах наблюдаются более глубокие минерализационные процессы, о чем говорит увеличение численности олиготрофных бактерий. С увеличением дозы извести численность их возрастает. На известкованных почвах значительно увеличивается и численность споровых бактерий, наличие которых говорит о некотором повышении почвенного плодородия.

Действие минеральных удобрений на микрофлору почвы, в отличие от извести, не столь однозначно. Внесение умеренных доз минеральных удобрений в произвесткованную почву повышало содержание в ней бактериальной микрофлоры, а на неизвесткованной – значительно снижало численность бактерий.

Таблица 3. Зависимости между содержанием подвижного алюминия, марганца и железа и численностью микроорганизмов в почвах микрополевых опытов

Параметры

Корреляционое отношение,

Число пар,

n

Уровень

значимости

X

У

Fe

Грибы

0,92

12

0,05

Mn

Аммонификаторы

–0,83

12

0,05

Mn

Грибы

0,79

12

0,05

Fe

Олигинитрофилы

0,90

12

0,05

Mn

Олигиниторофилы

0,91

12

0,05

Mn

Бактерии на КАА

0,93

12

0,05

Mn

Актиномицеты

0,98

12

0,05

Al

Актиномицеты

0,98

12

0,05

Al

Бактерии на КАА

0,98

12

0,05

Al

Бактерии на 19 среде

0,94

12

0,05

Длительное применение повышенных и высоких доз минеральных удобрений (по 120кг д.в. и выше) ингибировало развитие бактериальной микрофлоры даже на фоне извести. Количество грибов и актиномицетов при внесении минеральных удобрений на неизвесткованных почвах значительно возрастало. Способность некоторых видов и родов грибной микрофлоры продуцировать токсины, по-видимому, является одной из причин снижения урожайности растений при кислой реакции почвенной среды

2.6. Почва служит мощным аккумулятором токсичных веществ и практически не теряет их со временем. Особенно прочно тяжелые металлы (ТМ) и многие неметаллы фиксируют верхние гумусосодержащие горизонты. Вклад собственно сельскохозяйственного производства в этот вид загрязнения невелик (1-2%) и часто может не приниматься во внимание по сравнению «с постоянным потоком техногенного загрязнения».

Результаты многолетних полевых опытов показывают, что азотные и калийные удобрения практически не загрязняют почвы ТМ. При длительном применении фосфорных удобрений содержание отдельных ТМ в почве несколько возрастает, оставаясь значительно ниже существующих ПДК. В опыте отдела агрохимии СЗНИИСХ по созданию различных уровней содержания фосфора в почве за 16 лет было внесено по вариантам от 0 до 3650 кг фосфора на гектар (Рсд). Установлена практически прямолинейная взаимосвязь между количеством внесенных фосфорных удобрений и содержанием подвижных (в ацетатно-аммонийном буфере с рН 4,8) кадмия, никеля, кобальта и стронция (табл.4).

Таблица 4.Взаимосвязи между количеством внесенных фосфорных удобрений и содержанием ТМ в почве (х – кг/га Р2О5; у – мг ТМ/кг почвы)

Элемент

n

r

P

Уравнение регрессии

Pb

24

0.49

0.050

у = 0.405 + 0.000012х

Cd

24

0.97

0.001

у = 0.080 + 0.000012х

Ni

24

0.80

0.001

у = 0.194 + 0.000015х

Co

24

0.78

0.001

у = 0.132 + 0.000027х

Zn

24

- 0.50

0.050

у = 1.60 - 0.00013х

Sr

24

0.95

0.001

у = 9.2 + 0.0014х

3. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИЗВЕСТКОВАНИЯ

Эффективность известкования изучали в полевых севооборотах со следующим чередованием культур: яровые зерновые (пшеница, ячмень) – многолетние травы (клевер + тимофеевка) 1года пользования - мн. травы 2г.п. – озимая рожь – картофель – овес. Выращивали сорта культур, районированные в зоне. Проведенные исследования показали, что оптимальный уровень реакции не является неизменной величиной даже для данного конкретного сорта, он зависит от многих факторов внешней среды, в том числе и от уровня питания. Наиболее эффективно внесение извести было под клевер и кормовую свеклу на супесчаных почвах. В зависимости от уровня удобренности почвы изменялось и отношение растений к известкованию:

  • у культур, менее чувствительных к кислотности, эффективность известкования в зависимости от уровня питания может снижаться (зерновые);
  • у культур, высоко чувствительных к кислотности, может наблюдаться обратная зависимость, то есть по мере увеличения количества питательных веществ в почве, эффективность известкования повышается (кормовая свекла) (рис.5).

Причины различия в отзывчивости отдельных видов растений на условия в кислых почвах до конца не выяснены. Одной из возможных причин неодинаковой устойчивости растений к повышенной кислотности могут быть различия в ёмкости и свойствах сорбционного комплекса корней. По мнению К.Г.Крейера (1981), существует связь между устойчивостью различных видов и сортов растений к кислотности и проницаемостью цитоплазматических мембран, определяющейся свойствами образующих их белков и липидов.

Рис. 5. Влияние известкования и минеральных удобрений на урожай корнеплодов кормовой свеклы.

Математическая обработка результатов, полученных в наших многолетних опытах, позволяет наглядно показать зависимость развития различных видов растений от известкования и уровня минерального питания. На дерново-подзолистых супесчаных почвах эта зависимость выражается следующими уравнениями:

  • для ячменя –

у = 23,65 + 0,34Н + 1,10N - 0,175Н2 - 0,45N2 - 0,0056NН + 0,019N2Н

  • для многолетних трав –

у = 79,5 + 0,73Н + 0,76N - 0,26Н2 - 0,72N2 + 0,076NН - 0,030N2Н

  • для озимой ржи –

у = 25,23 - 0,096Н + 1,105N + 0,0012Н2 - 0,475N2 + 0,105NН + 0,0216N2Н

  • для овса

у = 20,156 + 0,122Н + 0,853N - 0,116N2 + 0,035NН - 0,0062N2Н

  • для картофеля

у = 169,7 - 0,26Н + 12,08N + 0,16Н2 – 1,82N2 + 0,15NН + 0,27N2Н,

где N –доза удобрений, кг д.в. на 1га; Н –доза извести в долях Нг

4. ВЛИЯНИЕ ИЗВЕСТКОВАНИЯ И ДЛИТЕЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ НА МИГРАЦИОННУЮ СПОСОБНОСТЬ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПИТАНИЯ В ПОЧВЕ

4.1. В Нечерноземной зоне рост сельскохозяйственных культур чаще всего лимитируется недостатком азота.

Обобщение результатов опытов показывает, что использование доступных растениям форм азота идет очень слабо в сильнокислых почвах и возрастает в 2…3раза в известкованных.

Из основных питательных элементов азот в форме нитратов легче всего перемещается в почве и, если не поглощается растениями, то вымывается и улетучивается. В результате лизиметрических наблюдений (табл.5) установлено, что:

  • внесение высоких доз минеральных удобрений, особенно на легких почвах, приводит к усилению вымывания азота;
  • известкование кислых почв большими дозами извести также усиливает миграцию неиспользованного растениями азота в профиле почвы.

Таблица 5. Вымывание азота из дерново-подзолистых

слабоокультуренных почв легкого гранулометрического состава

Фон

удобрений

Доза

извести,

т/га

Вымыто азота, кг/га

зерновые

клевер

Супесчаная почва

N60P60K60

0

7,4±1,5

1,5±0,3

3,4

8,0±0,7

1,6±0,3

14,1

8,0±0,9

1,4±0,3

N120P120K120

0

7,5±0,8

1,5±0,2

3,4

11,0±1,4

1,2±0,3

14,1

11,6±2,3

0,8±0,2

Песчаная почва

N60P60K60

0

3,6±0,4

4,3±0,3

2,4

4,8±0,6

1,5±0,1

7,7

4,9±0,8

2,1±0,4

N120P120K120

0

5,5±0,3

1,9±0,1

2,4

3,5±0,5

1,6±0,1

7,7

3,5±0,6

1,8±0,2

Глинистая почва

N60P60K60

0

3,1±0,1

7,0±0,6

3.8

7,5±0,2

4,6±0,1

9.7

9,2±1,3

5,4±0,2

19.2

8,9±0,8

6,1±0,6

N120P120K120

0

2,6±0,3

5,3±0,1

3.8

3,1±0,2

6,0±1,0

9.7

11,1±1,1

2,8±0,2

19.2

9,5±0,8

13,5±0,4

4.2. Общее содержание фосфора в почвах относительно невелико (0,05…0,1%). Фосфатный режим дерново-подзолистых почв в значительной степени зависит от реакции почвенного раствора и содержания подвижных форм полуторных оксидов.

После известкования в течение десятилетий растения на дерново-подзолистых почвах используют значительно больше фосфатов, чем без извести. В основе этого явления лежит лучшая растворимость и усвояемость растениями фосфатов кальция, особенно одно- и двухзамещенных, а также свежеосажденных трехосновных фосфатов кальция, по сравнению с фосфатами полуторных оксидов.

Результаты исследований показали, что

  • внесение фосфорных удобрений в дерново-подзолистые почвы снижает подвижность алюминия вследствие связывания его анионом ортофосфорной кислоты;
  • систематическое применение фосфорных удобрений приводит не только к повышению содержания подвижного фосфора в почвах, но и к изменению свойств почвенного поглощающего комплекса. В богатых фосфором почвах значимую роль играют буферные системы, образованные солями металлов с фосфорной кислотой. Вследствие этого изменяется характер взаимосвязей между реакцией почвы и содержанием подвижного алюминия, марганца, железа, обменных оснований, величиной гидролитической кислотности;
  • известкование сильнокислых дерново-подзолистых почв увеличивает использование растениями фосфора из почвы и удобрений. Больше всего (в 3,0…6,8 раза) повышаются коэффициенты использования фосфора из удобрений при повышении уровня реакции до рНКС14,9…5,2;
  • оптимальный уровень реакции для роста растений на дерново-подзолистых почвах при хорошей обеспеченности фосфором сдвигается в сторону более низких значений рН. Для культур, чувствительных к кислотности, существенное значение имеет кальций, входящий в состав фосфорных удобрений (суперфосфата, фосфоритной муки);
  • фосфор является наименее подвижным элементом-органогеном. Благодаря взаимодействию с илистой фракцией почв, фосфаты сохраняются в почве при промывании ее атмосферными осадками. Вымывание фосфора из пахотного слоя дерново-подзолистых почв невелико (0,04…0,8кг Р2О5 в год). На почвах, очень богатых фосфором, известкование уменьшает потери этого элемента за счет вымывания.

Однако неверно сводить влияние известкования на фосфатный режим только к химическим взаимодействиям, происходящим в почвах. В растениях между фосфором, с одной стороны, алюминием, марганцем и железом, - с другой, существует определенный         физиологический антагонизм. Алюминий по природе своего действия является типичным корневым ядом. В его присутствии резко уменьшается общий объем корневой системы, корневые волоски покрываются бурыми чехликами из гидроксидов, снижающих активность их работы. Поэтому часть уже поглощенного фосфора расходуется на инактивацию алюминия в самих растениях (Блэк К.А., 1973).

4.3. Как известно, калий, в отличие от других элементов, в растении находится в ионной форме и не входит в состав органических соединений клеток. Это основной противоион для нейтрализации отрицательных зарядов как неорганических ионов, так и клеточных полиэлектролитов. Кроме того, он создает разность электрических потенциалов между клеткой и средой, играя важную роль в обмене веществ. Считается, что именно в этом проявляется специфическая функция калия, делающая его незаменимым элементом минерального питания растений.

В многолетних опытах на почвах различного гранулометрического состава установлено, что известкование повышает содержание в почве подвижного калия, как на удобренных, так и на неудобренных делянках. Различия эти математически доказаны и высоко достоверны. Содержание подвижных форм калия в неудобренных почвах постепенно снижается со временем (рис.6). По мере увеличения доз минеральных удобрений содержание калия в почве закономерно возрастает. В известкованных почвах этот процесс идет сильнее. Через 18лет после внесения извести в полевом опыте при внесении удобрений (N135Р90К135 ежегодно), количество легкоподвижного калия на известкованных делянках возросло на 20%, подвижного – на 75%, обменного – в 2 раза.

Увеличение или снижение фиксации или же доступности калия при известковании не является общей закономерностью, а зависит от минералогического состава почв.

По данным проведенных исследований, общими для различных культур, чувствительных к кислотности, являются следующие закономерности:

  • низкая эффективность известкования на очень бедных калием почвах;
  • по мере улучшения обеспеченности калием возрастает эффективность известкования умеренными дозами (до рН 5…6);
  • при чрезмерно высоких дозах калия большие дозы извести усиливают их токсичность и вызывают депрессию урожая.

Установлено, что вымывание калия в значительной степени зависит от емкости катионного обмена и гранулометрического состава почвы. На легких почвах при внесении минеральных удобрений вымывание калия больше, чем на почвах глинистых. На известкованных, удобренных калийными удобрениями почвах потери калия не превышают его вымывания из неудобренных почв.

На неудобренных калием почвах известкование уменьшает долю легкоподвижного и обменного калия, но увеличивает необменного. Доля легкодоступного и обменного калия под влиянием удобрений резко увеличивалась: с 25,4% до 41,7% на кислой почве, и с 17,5 до 54,6% - на известкованной (рис. 7).

Рис.6. Влияние извести и минеральных удобрений на содержание подвижного калия в дерново-подзолистой супесчаной почве полевого опыта

НСР05 по фактору «известь» (фон без удобрений) – 0,7мг/100г

(фон N135P90K135) – 1,0мг/100г

Без удобрений -У=7,403 * е -0,0139Х

N135P90K135 У=6,242*Х 0,289(фон )

Известь по 1,0Нг- У=10,867*е -0,0236Х

Фон +известь по1,0 Нг У=9,370*Х 0,241

Известь по 2,5 Нг У=11,898*е -0,0313Х

Фон +известь по2,5 Нг У=10,982*Х 0,194

Глубина 0 -  20см

Глубина 20 – 40см

Без удобрений и извести

Без удобрений, известь 2,5 Нг

Высокий фон удобрений, без извести

Высокий фон удобрений, известь 2,5 Нг

Рис 7.Изменение содержания различных форм калия в дерново-подзолистой супесчаной почве (мг/100г)

Таким образом, увеличение или снижение фиксации или же доступности калия при известковании, по-видимому, не является общей закономерностью, а зависит от минералогического состава почв.

Нашими исследованиями установлено, что с атмосферными осадками калия вымывается меньше, чем выносится сельскохозяйственными растениями. Внесение минеральных удобрений на кислых почвах приводит к значительному вымыванию калия (до 10…15 кг/га в год). Проведенные лизиметрические опыты показали, что увеличение дозы калийных удобрений на 10 кг К2О на 1 га приводит в среднем к увеличению вымывания калия на легких почвах на 0,52 кг/га в год, а на тяжелых, – на 0,36 кг. При известковании почвы использование даже высоких доз удобрений не увеличивает вымывание калия.

Гринченко Т.А. и др. (1985) установлено, что собственно известкование резко снижает соотношение между активностью ионов калия и кальция (АRо), что повышает РВСк и тем значительнее, чем ниже обеспеченность почвы обменным калием. Это сопровождается наименьшим содержанием в почвенном растворе непосредственно доступного калия и общих подвижных его запасов. Внесение извести увеличивает катионообменную емкость почвы (КОЕ), и увеличивает тем самым стабильность системы. Однако сам кальций извести остается незащищенным от вымывания.

4.4.Кальций. Среднее содержание кальция в литосфере составляет 3,6%. Кислые почвы содержат 900…5000кг обменного кальция на 1га (в пересчете на СаО).

В литературе практически нет данных о значении извести в питании растений кальцием. Считается, что даже на очень кислых почвах растения достаточно обеспечены кальцием как элементом питания. В наших опытах под влиянием известкования содержание кальция в клевере возрастало на песчаной почве в 2.4…3.5 раза, супесчаной – 2.3…3.3, глинистой – 2.3…2.6 раза. Такое увеличение содержания кальция, безусловно, говорит о значении извести не только как мелиорирующего средства, но и как источника жизненно необходимого элемента питания – кальция.

Установлено, что в год внесения доля кальция, усвоенного из извести, на песчаной почве составляла от 16.3 до 29.4% при известковании до рН 5 и от 62.7 до 82.9% при известковании до рН 7, на супесчаной почве соответственно 25…26.1% и 51.9…60.2%, на глине – 7.0…8.9% и 42.5…43.9% . Приведенные данные показывают, что в год внесения на легких почвах (особенно на песчаной) известь служила важным, если не главным, источником кальция для растений. Известкование увеличивает также вынос кальция растениями из самой почвы.

Изучение распределения обменных форм кальция и магния по профилю дерново-подзолистой супесчаной почвы под влиянием извести и минеральных удобрений показало, что внесение минеральных удобрений приводит через две ротации севооборота (12 лет) к обеднению верхнего (пахотного) горизонта кальцием и магнием и повышает содержание их в подпахотном горизонте.

Наши наблюдения за составом осадков показали, что в районе проведения наших опытов ежегодно выпадает около 4кг/га калия, 12,5 кг/га кальция и около 3 кг/га магния. Большее количество кальция попадает с атмосферными осадками в почву в теплый период года, несколько меньше – в зимние месяцы.

В лизиметрических исследованиях установлено, что концентрация кальция в лизиметрических водах может колебаться в широких пределах (от 20мг/л до 200-400 и даже 700мг/л). Это связано с действием многих факторов: с гранулометрическим составом почв, дозой извести, минеральными удобрениями, растительным покровом. Общее вымывание кальция в зависимости от гранулометрического состава почв, дозы извести и уровня применения удобрений составляло от 20 до 200…400 кг/га кальция в год.

Таблица 6. Вымывание кальция из пахотного (0-20см) слоя

дерново-подзолистых слабоокультуренных почв

Фон

удобрений

Доза

извести, т/га

Вымыто кальция,

кг/га

В %

от внесенной

дозы

Всего

В т.ч.

кальций извести

45Са

Общие

потери

Песчаная почва

Без

удобрений

1,6

335

183

28,6

52,3

5,2

716

464

22,3

34,4

N60Р60К60

1,6

528

166

25,9

82,5

5,2

640

309

14,9

30,8

N120Р120К120

1,6

-

305

47,7

-

5,2

481

405

19,5

23,1

Супесчаная почва

Без

удобрений

2,2

445

114

13,0

50,6


9,4

1113

429

11,4

29,6


N60Р60К60

2,2

465

136

15,4

52,8


9,4

1479

569

15,1

39,3


N120Р120К120

2,2

613

221

25,1

69,7


9,4

1166

508

13,5

31,0


Легкая глина


Без

удобрений

1,9

541

144

18,9

71,2


14,8

499

279

4,7

8,4


N60Р60К60

1,9

373

123

16,2

48,3


14,8

365

290

4,9

6,1


N120Р120К120

1,9

461

199

26,2

60,6


14,8

401

221

3,7

6,8


Доля кальция извести в общем количестве кальция, вымытом за пределы пахотного слоя, зависит от внесенной дозы извести, а также естественного содержания кальция в неизвесткованной почве. Соотношение это сильно варьирует по отдельным делянкам и составляет в среднем за 2,5года для песчаной почвы: при дозе 1,6 т/га – 31…54%, при дозе 5,2 т/га – 40…84%; для супесчаной почвы: при дозе 2,2 т/га –25…35%, при дозе 9,4 т/га – 38…44%; для глинистой почвы: при дозе 1,9 т/га – 24…33%, при дозе – 14,8 т/га – 56…70% (табл.6).

Если учесть эти суммарные потери из извести и почвы, то из известкованной малой дозой извести песчаной почвы за 2,5года вымылось количество кальция, составляющее 52…82% от внесенного с известью.

Удобрения в дозе N120Р120К120 увеличивали потери кальция из извести (при малых дозах извести). В среднем из песчаной почвы вымылось (по всем фонам удобрений) кальция извести  - 218 кг (при внесении малой дозы извести) и 392 кг – при внесении большой дозы; из супесчаной соответственно 157кг и 502кг, из глинистой – 155 и 263кг. Суммарные потери кальция (кальция извести и кальция почвы) были значительно больше.

Относительная доля и значимость кальция, поступившего в почву из извести, значительно больше на почвах легкого гранулометрического состава, чем на тяжелых при равных уровнях реакции. Доля кальция, поступившего в почвенный поглощающий комплекс из извести, по отношению ко всему обменному кальцию, составляет для легких почв – 15…40%, для глинистой почвы – 4…11%. Доля кальция извести, в общем количестве кальция, вымытом за пределы пахотного слоя, зависит от внесенной дозы извести, а также естественного содержания кальция в неизвесткованной почве. Для песчаной почвы она составляет 31…84%, для супесчаной – 25…44%, для глинистой – 24…70%.

Из полученных данных видно, что основной статьей прихода является кальций, внесенный с известью. Кальций минеральных удобрений (суперфосфата), а также поступивший с атмосферными осадками, не покрывает выноса с урожаем сельскохозяйственных культур и потерь от вымывания. Вследствие этого на неизвесткованных делянках происходило дальнейшее подкисление почвы при всех уровнях применения удобрений. Внесение малых доз извести также не обеспечивало существенного превышения прихода над расходом, особенно на песчаной почве.

Таким образом, имеющийся экспериментальный материал свидетельствует о необходимости опережающего известкования кислых почв и создания резко положительного баланса кальция для сохранения плодородия почв.

5. ПУТИ СНИЖЕНИЯ ВЫМЫВАНИЯ КАЛЬЦИЯ АТМОСФЕРНЫМИ ОСАДКАМИ И УВЕЛИЧЕНИЯ СРОКА ДЕЙСТВИЯ ИЗВЕСТИ

5.1 Влияние различных факторов на миграцию элементов питания в дерново-подзолистых почвах

Первое место по влиянию на миграцию элементов питания в более глубокие слои почвы занимают климатические- факторы, обусловливающие количество, периодичность и интенсивность выпадения атмосферных осадков и определяющие степень увлажнения почв и величину гидротермического коэффициента. Большое влияние оказывает растительность. Более всего веществ в дренажные и грунтовые воды поступает на пашне, в меньшей степени - на лугах, под травами. Повышение урожайности сельскохозяйственных культур, а, следовательно, и поступление веществ в растение, снижает вымывание.

Величины вымывания некоторых питательных веществ из дерново-подзолистых почв Северо-Запада РФ по данным наших лизиметрических исследований составляют: Са – 200-400 кг/га в год; Mg – 20-40 кг/га; К2О – 5-20 кг/га; Р2О5 – 0,3-0,9 кг/га; N- N NО3-– 10-20кг/га.

При минимальном в настоящее время внесении в почву известковых материалов, очень важно определить пути увеличения срока действия мелиорантов. Пожалуй, самыми реальными и доступными являются агротехнические приемы снижения вымывания. Это, прежде всего, строгое соблюдение сроков внесения удобрений и посева сельскохозяйственных культур при оптимальном уровне питания. Благодаря этому удается достичь наилучшего развития растений, получить высокий урожай  и за счет этого снизить вымывание. Радикальным приемом охраны почв считают посев многолетних трав.

Для повышения урожайности культур и высокоэффективного использования элементов питания большое значение имеет их локальное размещение. При этом коэффициенты использования удобрений повышаются: азота – на 10-15%, фосфора – на 5-10%, калия – на 10-12%. Но все эти приемы не решают коренным образом проблему снижения вымывания кальция и элементов питания растений  в почве при одновременном повышении продуктивности пашни.

В лизиметрических исследованиях нами выяснено, что сильное влияние на вымывание веществ в почве оказывает уровень применения минеральных удобрений и их химический состав,  особенно анионный состав удобрений. Сопоставление концентрации кальция и различных анионов в лизиметрических водах осенних сроков отбора проб в проведенных опытах позволяет утверждать, что концентрация кальция в значительной степени связана с анионным составом удобрений (табл. 7).

Таблица 7.Влияние некоторых анионов на концентрацию кальция в лизиметрических водах (по результатам лизиметрических опытов)

Коррелирующие факторы

Значения

коэффициента

корреляции (r)

концентрация анионов (x)

концентрация

катионов (y)

хлориды

кальций

0,798…0,959

сульфаты

кальций

0,803…0,995

нитраты

кальций

0,606…0,971

водорастворимые

органические вещесва

кальций

0,349…0,960

Коэффициенты корреляции между содержанием различных анионов и кальцием в лизиметрических водах при уровне вероятности 0,99 достаточно высоки и достоверны. Наибольшее влияние на подвижность кальция оказывают хлориды > нитраты > сульфаты.

Чтобы выявить влияние отдельных видов удобрений на миграцию веществ в почве мы провели лабораторные опыты без растений в лизиметрических колонках. В результате проведенных исследований установлено, что химический состав азотных удобрений влияет на миграцию калия в почве следующим образом:

(NH4)2SO4 > NH4Cl > NH4NO3 = (NH4)2CO3 > (NH4)2HPO4,

На миграцию кальция эти вещества действовали несколько иначе:

а) на неизвесткованной почве:

NH4Cl > (NH4)2SO4 > NH4NO3 >> (NH4)2CO3 = (NH4)2HPO4;

б) на известкованной почве:

NH4Cl > (NH4)2SO4 = NH4NO3 > (NH4)2CO3 > (NH4)2HPO4.

При внесении в почву калийных удобрений величина миграции калия возрастает в 5 – 10 раз. Доказанное снижение вымывания наблюдается при внесении силикатов и гидрофосфатов на неизвесткованной почве. Вымывание кальция и магния при внесении в почву калийных удобрений на основе фосфатов существенно снижается и на известкованной и на неизвесткованной почве (рис.8)

На основании лизиметрических исследований, данных многолетних полевых опытов, анализа литературы, была разработана агрохимическая концепция создания удобрений, применение которых создает минимальную опасность потерь элементов питания и загрязнения окружающей среды удобрениями и продуктами их трансформации, то есть концепция создания экологически безопасных удобрений.

Под экологически безопасными удобрениями мы понимаем вещества, которые могут доставлять растениям элементы питания и создавать продукцию достаточно высокого качества. При этом они должны быть безопасны для почвы, то есть не разрушать ее структуру, биологическое равновесие в почве, не загрязнять атмосферу, грунтовые воды и водоемы. То есть, удобрения, все составные части которых необходимы для растений и хорошо ими используются, а также наносят минимальный ущерб окружающей среде, можно назвать экологически безопасными.

Рис.8. Влияние химического состава калийных удобрений на вымывание кальция в первый месяц после внесения извести.

Основные направления в создании удобрений нового поколения

При создании принципиально новых, экологически безопасных минеральных удобрений следует положить в основу следующие основные идеи.

  1. О п т и м а л ь н ы е с о о т н о ш е н и я э л е м е н т о в

  в у д о б р е н и я х

Содержание основных элементов питания в удобрениях, их соотношение должно соответствовать потребностям сельскохозяйственной культуры, чтобы по окончании вегетационного периода оставались в минимальном количестве вещества, способные к вымыванию. В идеале, под каждую культуру нужно вносить свое удобрение, наиболее полно отвечающее потребностям растения.

С учетом различий в потребностях растений и коэффициентов использования, на дерново-подзолистых почвах применительно к условиям Северо-Запада России соотношения N:P205:K20 в минеральных удобрениях приведены в таблице 8. Эти соотношения рассчитаны для наиболее распространенных в регионе почв с низким и средним содержанием фосфора и калия.

Таблица 8. Соотношения N : P205 : K20 на дерново-подзолистых

почвах под различные культуры

Культуры

Соотношение  N:P205:K20

Зерновые (60% пощади)

1:1:1

Картофель (60% площади)

1:1:1,5

Зерновые на средне окультуренных почвах

1,5:1:1

Силосные

2:1:1

Озимые на почвах, богатых калием

1:1,5:0,5

Однолетние травы, картофель

1:1,5:1

Лен, корнеплоды, озимые

1:1,5:1,5

Зерновые на тяжелых почвах

1:1:0

Зерновые на тяжелых почвах, бедных фосфором

1:4:0

Средние соотношения под овощные культуры

Капуста (все виды)

1:0,7:1,2

Столовые корнеплоды

1:0,8:1,5

Луки

1:1:1,3

Томаты в открытом грунте

1:2:1,3

Огурцы

1:1,1:1,3

При закладке культурных пастбищ на торфяных почвах

0:1:1

  1. Конструирование х и м и ч е с к о г о с о с т а в а удобрений с целью минимализации потерь. Катионно-анионный состав экологически безопасных удобрений

Выше было показано, что концентрация катионов в почвенном растворе, а, следовательно, и возможная величина потерь от вымывания, самым тесным образом связана с концентрацией в нем анионов. Поэтому, применяя удобрения, анионная часть которых образует с наиболее значимыми катионами почвенного поглощающего комплекса мало подвижные соединения, можно существенно уменьшить потери их от вымывания. Речь идет об удобрениях, все компоненты которых хорошо закрепляются в почве, оставаясь доступными для растений.

Исследования в наших опытах показывают, что по влиянию на вымывание оснований анионы могут быть расположены следующим образом:

С1- > NО3- > SО42- > НСО3- > СО32- > Н2РО4- ; НРО42-; РО43- > SiО32-.

В результате проведенных экспериментов установлено, что

  1. Фосфаты сильнее других ионов поглощаются и удерживаются почвой.
  2. Концентрация катионов в почвенном растворе определяется концентрацией в нем подвижных анионов, то есть, если внести в почву удобрения, имеющие в анионной части слабо подвижные ионы, то возможно снижение вымывания и катионов.
  3. В принципе экологически безопасные удобрения могут быть созданы на базе катионов аммония, кальция, магния, калия, анионов орто-, мета- и пирофосфорных кислот или включения (в необходимых случаях) анионов сульфата (в количествах, соответствующих потреблению серы культурой).
  4. Ингибиторы нитрификации, покрытие удобрений различными оболочками задерживает высвобождение питательных веществ из удобрений и приводит к постепенному поступлению их к корням растений. Отсюда - создание удобрений пролонгированного действия, регулируемой растворимости.
  5. Одним из условий способности почвы сохранять состояние гомеостаза является ее высокая катионообменная и анионообменная емкость. Изменение емкости катионного и анионного обмена почвы, изменение ее буферности, приводит к изменению режима миграции элементов питания по профилю почвы. Поэтому необходимо создание удобрений, в которых элементы питания находятся в сорбированном на ионообменниках виде. Работа по реализации этой идеи может идти по двум направлениям: а) создание удобрений; б) целенаправленное создание поглотительного комплекса почв.

Идеи, заложенные в приведенных выше предложениях, мы попытались проверить опытным путем. Для этого были проведены многолетние исследования в лизиметрических, вегетационных и лабораторных опытах.

5.4. Экспериментальная проверка агрохимической концепции

создания экологически безопасных удобрений.

5.4.1. Изменение ионного состава удобрений.

Мы использовали смеси, составленные на базе солей фосфатов аммония и калия разной основности с добавкой карбоната калия. Был проведен ряд лизиметрических опытов продолжительностью от 3 до 8 лет с использованием как насыпных лизиметров собственной конструкции, так и «ионитных ловушек» - кассет с катионитом и анионитом. Экологически безопасные удобрения снижали вымывание азота и калия в 2-3 раза по сравнению с обычными удобрениями. Вымывание оснований (кальция и магния) по сравнению с эквивалентными дозами обычных удобрений снижалось в 2,5-5раз. (из неизвесткованной почвы на 193 кг/га, известкованной до рНKCI 5 – на 205 кг/га; до рНKCI 7,0 - 286 кг/га) (рис.9)

5.4.2. Создание удобрений пролонгированного действия,

Мы испытывали образцы удобрений с регулируемой растворимостью, изготовленные в лаборатории удобрений Ленинградского технологического института им. Ленсовета.

В целом, капсулированные удобрения по влиянию на урожайность сельскохозяйственных растений не имели каких – либо преимуществ перед обычными удобрениями, однако капсулированные удобрения достоверно снижали вымывание из почвы различных веществ (табл.9). Высвобождение питательных веществ из этих удобрений очень сильно зависело от климатических факторов и не поддавалось регулированию, в результате чего не было согласования критических периодов развития растений и периодов наибольшего высвобождения питательных веществ из удобрений. Выше уже было отмечено, что одним из условий способности почвы сохранять состояние гомеостаза является ее высокая катионообменная и анионообменная емкость. Изменение емкости катионного и анионного обмена почвы, изменение ее буферности, приводит к изменению миграции элементов питания в профиле почвы.

Рис 9. Влияние извести и минеральных удобрений на вымывание кальция

В условиях кризиса земледелия, когда уровень применения даже простых удобрений упал в 5-10 раз, эта идея может кому-то показаться несвоевременной и даже абсурдной. Тем не менее, это наше неизбежное, хотя и отдаленное будущее.

5.4.3. Изменение  ё м к о с т и  катионного и анионного  о б м е н а  почвы и создание удобрений, в которых элементы питания сорбированы на ионообменниках.

Работа по реализации этой идеи может идти по двум направлениям: а) создание удобрений; б) целенаправленное создание поглотительного комплекса почв. Мы предположили, что внесение элементов питания растений в почву не в форме простых солей, а в адсорбированном на ионообменниках состоянии, должно снижать потери от вымывания, главным образом, кальция.

Если иметь в виду катионы, то с этой целью могут использоваться природные ионообменники – цеолиты. Плодотворность этой идеи подтверждается результатами проведенных нами опытов. Мы использовали в опытах иониты, насыщенные элементами питания растений в эквивалентных простым удобрениям количествах и чистые иониты для увеличения емкости поглощения почвы.

Таблица 9. Влияние капсулирования нитроаммофоски на вымывание

азота, калия и кальция

Норма извести, т/га

Удобрения

Вымыто, кг/га в год

азота

калия

кальция

0

без удобрений

2

5

27

УРР-1

5

23

79

УРР-2

5

26

96

нитроаммофоска

10

30

107

5,8

без удобрений

2

5

50

УРР-1

10

11

106

УРР-2

6

21

134

нитроаммофоска

11

19

178

13,9

без удобрений

6

9

63

УРР-1

5

12

197

УРР-2

9

14

259

нитроаммофоска

13

18

353

* УРР-1; УРР-2 – капсулированные удобрения регулируемой растворимости.

Определение емкости поглощения почвы лизиметрического опыта по Айдиняну (1975) показало, что внесение ионитов повышало емкость поглощения почвы также, как и известкование. В этих комплексах, находясь в доступном для растений состоянии, питательные вещества имеют некоторую защиту от вымывания. Это относится к кальцию, нитратам. Использование ионитов снижало вымывание органических веществ. Аммиачные формы удобрений на ионитах слабо защищены от непроизводительных потерь, особенно на произвесткованных почвах. А миграция нитратов ионитных удобрений относительно смеси простых удобрений снижалась в 2,5-3 раза (табл.10). Внесение в почву ионитов в смеси с простыми удобрениями позволило снизить вымывание нитратов относительно вариантов применения смеси простых удобрений от 1,6 раза на кислой почве до 3 раз при известковании почвы по полной гидролитической кислотности.

Использование экологически безопасных удобрений позволяет снизить вымывание кальция, наиважнейшего элемента для почвенного поглощающего комплекса, в 1,5…5 раз по сравнению с традиционными удобрениями (табл.11). То есть, предлагаемые пути снижения вымывания элементов питания растений из пахотных почв за счет применения экологически безопасных удобрений, являются весьма эффективными и, по нашему мнению, имеют будущее. Создание таких удобрений вполне реально.

Таблица 10. Влияние обычных и «ионитных удобрений» на вымывание

веществ в почве

Варианты

опыта

Вымыто веществ, кг/га в год

Ca

Mg

K

S-SO4

N-NO3

HCO3

Cl

C

P

Без извести

Без удобрений

23

16

19

103

12

56

33

29

0,0

Иониты

26

19

40

299

15

52

42

36

0,0

Иониты + NaaPgcKx

28

19

66

133

30

37

81

34

0,0

NaaPgcKx

49

18

54

136

48

38

71

37

0,0

NPK на ионитах

14

10

69

123

16

33

49

24

0,4

Известь 9,6 т/га

Без удобрений

189

20

11

169

10

591

27

73

0,0

Иониты

136

16

14

144

7

399

37

59

0,6

Иониты + NaaPgcKx

151

13

32

112

10

347

64

58

0,9

NaaPgcKx

209

22

32

145

33

433

75

76

0,4

NPK на ионитах

121

23

47

144

13

405

23

62

0,2

Разработка дешевых искусственных ионообменников позволит сделать применение этих удобрений экономически выгодным, особенно при создании нормативной базы для экономической оценки экологических последствий неразумной деятельности человека.

Таблица 11. Вымывание кальция в дерново-подзолистых супесчаных почвах при применении различных удобрений, (кг/га в год)

Известь, т/га

рН KCl

Без удобрений

NaaPдcKx

(N120

P120

K120)

Нитрофоска

(N120P120

K120)

Экологически

безопасные (N120P120K120)

на основе

фосфатов

ионитов

УРР

0

4,3-4,6

27

131

107

18

14

87

3,1

4,8-4,9

65

267

150

81

-

120

10-16

6,3-6,6

189

457

300

198

121

228

*N120Р120К120

Таким образом, экологически безопасные удобрения могут быть созданы на базе катионов аммония, кальция, магния, калия, анионов орто- , мета- и пирофосфорных кислот или включения в необходимых случаях анионов карбоната, сульфата (в количествах, соответствующих потреблению серы культурой) и на основе природных и искусственных ионообменников.

Все изложенное выше подтверждает перспективность идеи и возможность создания новых экологически безопасных удобрений. Конечно, это удобрения нового  поколения, и, в настоящее время окупить затраты на их изготовление только урожаями сельскохозяйственных культур, скорее всего, не удастся, пока не существует надежных методов экономической оценки отрицательных экологических последствий. Но мы уверены - это неизбежное будущее человечества и исследования в этом направлении должны развиваться, несмотря на все экономические трудности.

ВЫВОДЫ

  1. Применение минеральных удобрений на дерново-подзолистых кислых почвах приводит через 4…5лет к достоверному снижению реакции почвы ниже исходного уровня в результате вымывания оснований атмосферными осадками вместе с подвижными анионами удобрений (хлоридами, сульфатами), а также в составе органо-минеральных комплексов. Это положение сохраняется в течение длительного периода времени  и связано с буферной способностью почв, которая, в свою очередь, зависит от гранулометрического состава почвы и содержания в ней органических веществ. Темпы подкисления произвесткованной почвы зависят от дозы внесенных удобрений, уровня реакции, достигнутого при известковании, и буферности почвы. Действие малых доз извести на реакцию почвы в условиях промывного водного режима было непродолжительным. Известкование по половине гидролитической кислотности поддерживало реакцию почвы на достигнутом уровне в течение 5…6 лет, а по полной гидролитической кислотности – до 10…12 лет.
  2. При известковании почва и в конце вегетационного периода остается более рыхлой, чем на контрольных делянках, как в пахотном горизонте, так и в слое 20…30 см, за счет лучшего развития корневых систем растений и увеличения поступления в почву корневых и пожнивных остатков.
  3. При известковании почв различного гранулометрического состава емкость поглощения почв увеличивается на 3…31% при внесении извести до рН 5 и на 28…59% - при внесении извести для доведения реакции почвы до рН 7. Это обусловлено освобождением после известкования мест обмена в ППК, блокированных ранее алюминием, в результате его осаждения в виде нерастворимых гидроксидов. Взаимосвязь между уровнем реакции почвы, достигнутом при известковании, и увеличением емкости катионного обмена подчиняется прямо пропорциональной зависимости и описывается уравнениями прямолинейной регрессии. На емкость поглощения почв, обусловленную сильнокислотными ацидоидами, известкование не оказывает влияния. Емкость поглощения в известкованных почвах увеличивается за счет слабокислотных обменных позиций.
  4. На известкованных почвах происходят изменения в составе гумусовых веществ. Под влиянием известкования уменьшается содержание фракции 1 гуминовых кислот (свободные ГК и связанные с подвижными полуторными оксидами) и увеличивается содержание фракции 2 (ГК, связанные с кальцием); уменьшается содержание фракции 1а и 1 фульвокислот (свободные ФК и связанные с подвижными полуторными оксидами и связанные в почве с фракцией 1ГК) и увеличивается содержание фракции 2 (ФК, связанные с фракцией 2 ГК) за счет химического связывания гуминовых кислот кальцием фракции 1  и частичным переводом по мере подщелачивания реакции растворимых форм гуминовых кислот, связанных с малоустойчивыми соединениями железа и алюминия в более устойчивые, растворимые в 0,1н NaOH  лишь после обработки H2SO4.
  5. Известкование оказывает существенное влияние на структуру и численность почвенной микрофлоры. При известковании снижается на 15…42% содержание грибов. Количество бактерий, потребляющих минеральные формы азота, увеличивается в 2,3…4,7 раза, количество бактерий, использующих органические формы азота – в 2,5…5,2 раза, количество олиготрофных бактерий – в 1,5…3,5 раза; споровых бактерий – в 1,1…2,1 раза, актиномицетов – в 2,0…10,0 раза. Внесение умеренных доз минеральных удобрений в произвесткованную почву повышает содержание в ней бактериальной микрофлоры, а на неизвесткованной – значительно снижает численность бактерий. Длительное применение высоких доз минеральных удобрений (по 120 кг д.в. и выше) ингибирует развитие бактериальной микрофлоры даже при известковании почвы.
  6. Оптимальный уровень реакции для развития растений не является неизменной величиной. Он зависит от многих факторов внешней среды, в том числе и от уровня питания растений. В зависимости от уровня удобренности почвы изменяется и отношение растений к известкованию:
  • у культур, менее чувствительных к кислотности, эффективность известкования в зависимости от уровня питания может снижаться (зерновые);
  • у культур, высоко чувствительных к кислотности, по мере увеличения количества питательных веществ в почве, эффективность известкования повышается (кормовая свекла).

7. Для культур полевого севооборота зависимость их урожайности  от известкования и уровня минерального питания на дерново-подзолистых почвах легкого гранулометрического состава выражается следующими уравнениями:

  • для ячменя –

у=23,65+0,34Н+1,10N-0,175Н2-0,45N2-0,0056NH+0,019N2Н

  • для многолетних трав –

у=79,5+0,73Н+0,76N-0,26H2-0,72N2+0,076NH-0,030N2H

  • для озимой ржи –

у=25,23-0,096H+1,105N+0,0012H2-0,475N2+0,105NH+0,0216N2H

  • для овса –

у=20,156+0,122H+0,853N-0,116N2+0,035NH-0,0062N2H

  • для картофеля -

у=169,7-0,26H+12,08N+0,16H2-1,82N2+0,15NH+0,27N2H,

где у – урожайность культур, ц/га,

N,H – дозы удобрений и извести в условных единицах.

8. Внесение высоких доз минеральных удобрений, особенно на легких почвах, приводит к усилению вымывания азота. Известкование кислых почв большими дозами также усиливает миграцию азота по профилю почвы.

9. Внесение фосфорных удобрений в дерново-подзолистые почвы снижает подвижность алюминия в результате связывания его анионом ортофосфорной кислоты. Систематическое применение фосфорных удобрений приводит не только к повышению содержания подвижного фосфора в почвах, но и к изменению свойств почвенного поглощающего комплекса. В богатых фосфором почвах значимую роль играют буферные системы, образованные солями металлов с фосфорной кислотой. Вследствие этого изменяется характер взаимосвязей между реакцией почвы и содержанием подвижного алюминия, марганца, железа, обменных оснований, величиной гидролитической кислотности. Известкование сильно кислых дерново-подзолистых почв увеличивает использование растениями фосфора из почвы и удобрений. При повышении уровня реакции до рНКС1 4,9…5,2 коэффициенты использования фосфора из удобрений повышаются в 3,0…6,8 раза. Оптимальный уровень реакции для роста растений на дерново-подзолистых почвах при хорошей обеспеченности фосфором сдвигается в сторону более низких значений рН. Для культур, чувствительных к кислотности, существенное значение имеет кальций, входящий в состав фосфорных удобрений.

10. Фосфор является наименее подвижным элементом-органогеном. Благодаря взаимодействию с илистой фракцией почв, фосфаты сохраняются в почве при промывании ее атмосферными осадками. Вымывание фосфора из пахотного слоя дерново-подзолистых почв невелико (0,04…0,8 кг Р2О5 в год). Концентрация фосфатов в лизиметрических водах составляет от сотых до десятых долей мг/л. Известкование и внесение минеральных удобрений не оказывает существенного влияния на величину вымывания фосфора. Однако,  в полевых условиях, через две ротации севооборота отмечено увеличение содержания фосфатов в слое 20…40 и 40…60 см на высоком фоне минеральных удобрений соответственно на 5,3 и 3,8 мг/100г (внесено в сумме 1095 кг Р2О5).

11. При характеристике калийного режима дерново-подзолистых почв необходимо учитывать гранулометрический и минералогический состав почв, уровень известкования и обеспеченности почвы калием, а также состав катионов в почве. Увеличение или снижение фиксации или доступности калия при известковании не является общей закономерностью, а зависит от гранулометрического и минералогического состава почв. Калийный потенциал в известкованных почвах не может служить критерием обеспеченности растений калием. Антагонизм или синергизм катионов калия и кальция зависит от биологических особенностей растений и соотношения концентраций элементов в почве  и почвенном растворе. На почвах без внесения минеральных удобрений при известковании снижается доля легкоподвижного и обменного калия в ППК, а при длительном внесении высоких доз минеральных удобрений доля обменных форм калия в пахотном горизонте известкованной почвы возрастает на 27% при известковании по 1Нг, и на 62% - при известковании по 2,5Нг; в горизонте 20…40 см – соответственно на 55,8 и 77,5%, а в горизонте 40…60 см на 7 и 165%.

12. Вымывание калия в значительной степени зависит от емкости катионного обмена и гранулометрического состава почвы. На легких почвах при внесении минеральных удобрений вымывание калия больше, чем на почвах глинистых. Использование высоких доз калийных удобрений на кислых почвах приводит к значительному вымыванию калия. На известкованных, удобренных калийными удобрениями почвах потери калия не превышают его вымывания из неудобренных почв.

13. Кальций извести играет важную роль в питании растений этим элементом. В год внесения извести доля кальция, усвоенного из извести, на песчаной почве составляла от 16 до 29% (при известковании до рН 5) и от 63 до 83% (при известковании до рН 7), на супесчаной почве соответственно 25…26% и 52…60%, на глинистой – 7…9% и 42…44%. Относительная доля и значимость кальция, поступившего в почву из извести, значительно больше на почвах легкого гранулометрического состава, чем на тяжелых при равных уровнях реакции. Доля кальция, поступившего в ППК из извести, по отношению ко всему обменному кальцию, составляет для легких почв 15…40%, для глинистой почвы – 4…11%.

14. Общее вымывание кальция в зависимости от гранулометрического состава почв, дозы извести, уровня применения минеральных удобрений, возделываемой культуры, составляет от 20 до 200…400 кг/га кальция в год. При известковании, в зависимости от дозы извести, вымывание кальция повышается из песчаной дерново-подзолистой почвы в 1,5…2,0 раза, из супесчаной – в 2…5 раз, из глинистой – в 2…5 раз. При увеличении дозы минеральных удобрений с N60P60K60 до N120P120K120 концентрация кальция в лизиметрических водах песчаной почвы повышается в 1,5…2,0 раза,  супесчаной и глинистой – в 2…2,5 раза. Доля кальция извести в общем количестве кальция, вымытом за пределы пахотного слоя, зависит от внесенной дозы извести, а также естественного содержания кальция в неизвесткованной почве и составляет на песчаной почве при известковании до рН 5 – 31…54%, при известковании до рН 7 – 40…84%, на супесчаной почве соответственно – 25…35 и 38…44% на глинистой почве – 24…33 и 56…70%. За период наблюдений в опыте с 45Са (2,5года) из известкованной малой дозой (до рН 5) извести песчаной почвы вымылось 25…48% извести, при известковании до рН 7 – 14…19,5%; из супесчаной дерново-подзолистой почвы соответственно – 13…25 и 11…15%, из глинистой – 16…26 и 3,7…4,7%. Наибольшее влияние на миграцию кальция в нижележащие слои почвы оказывают входящие в состав минеральных удобрений хлориды и сульфаты, в меньшей степени – нитраты, то есть легкоподвижные и слабо  адсорбируемые почвой анионы.

15. Многолетние экспериментальные исследования показали, что создание экологически безопасных удобрений вполне реально. Применение ингибиторов нитрификации, капсулированных и длительно действующих удобрений позволяет уменьшить потери питательных веществ за счет более эффективного их использования сельскохозяйственными культурами. Однако действенность этих приемов в значительной степени зависит от метеоусловий года, в частности, от температурного режима и количества осадков в наиболее значимые периоды развития растений, которые в полевых условиях не могут регулироваться человеком. Поэтому, применение капсулированных удобрений не решает коренным образом поставленной задачи.

16. Экологически безопасные удобрения должны отвечать следующим требованиям:

  • В удобрениях должно быть оптимальное для конкретного вида растений соотношение элементов питания.
  • Так как концентрация катионов в почвенном растворе напрямую зависит  от концентрации в нем анионов, то, применяя удобрения, анионная часть которых образует с наиболее значимыми катионами почвенного поглощающего комплекса слабо подвижные соединения, можно существенно уменьшить вымывание питательных веществ удобрений в грунтовые воды, реки и озера.

По влиянию на вымывание оснований анионы образуют следующий ряд: Cl- > NO3->SO42->HCO3->CO32->PO43->SiO32-

17. Экологически безопасные удобрения могут быть  созданы на базе катионов NH+, Ca 2+, Mg2+, K+, анионов орто- и метафосфорной или пирофосфорной кислот и включения (в необходимых случаях) анионов карбоната, сульфата (в количествах, соответствующих потреблению серы культурой) или силиката. Удобрения, изготовленные на основе фосфатов, снижают вымывание элементов питания растений в 1,5…3 раза.

18. Изменение емкости катионного и анионного обмена почвы, изменение ее буферности, приводит к изменению миграции элементов питания по профилю почвы. Поэтому, целенаправленное изменение емкости катионного и анионного обмена почвы, изменение ионного состава веществ, вносимых в почву в качестве удобрений, приводит к изменению миграционной способности веществ в почвах, снижает потери элементов питания растений в результате инфильтрации атмосферных осадков в 1,5…5 раз.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

  1. Агрохимической службе России, учитывая необходимость известкования для поддержания плодородия почв, необходимо добиваться государственного финансирования при проведении работ по известкованию. При составлении проектно-сметной документации на известкование необходимо учитывать, что наибольшие потери кальция в дерново-подзолистых почвах Северо-Запада происходят на почвах легкого гранулометрического состава. Поэтому известкование этих почв следует проводить не реже, чем через 3-4 года. Почвы тяжелого гранулометрического состава можно известковать через 7-8 лет.
  2. Научно-исследовательским организациям и планирующим в области сельского хозяйства структурам целесообразно разработать новый ассортимент минеральных удобрений, в наибольшей степени отвечающий потребностям возделываемых культур на конкретных по агрохимическим свойствам группах почв.
  3. Проектно-технологическим организациям химической промышленности целесообразно направить свои усилия на разработку экологически безопасных удобрений, приносящих минимальный ущерб окружающей среде. Применение таких удобрений снижает вымывание азота из почв в 2-3 раза, калия – в 1,5-3раза, кальция – в 1,5-5раз.
  4. Материалы диссертационной работы будут полезны в учебном процессе при подготовке специалистов агрономического и агрохимического профиля.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в рецензируемых журналах, согласно перечню ВАК:

  1. Яковлева Л.В. Оптимизация калийного питания растений./Небольсин А.Н., Небольсина З.П., Яковлева Л.В.. //Химизация сельского хозяйства, № 12. – М., 1991. С.26-27.
  2. Яковлева Л.В. Влияние известкования на некоторые показатели фосфатного режима дерново-подзолистых почв/ Небольсин А.Н., Небольсина З.П.Яковлева Л.В.//Агрохимия, №9, 1998. С.31-41.
  3. Яковлева Л.В. Влияние известкования на использование калия растениями. / Небольсин А.Н., Небольсина З.П., Яковлева Л.В. //Агрохимия, №5, 2000. С.5-13.
  4. Яковлева Л.В. Известкование почв, загрязненных тяжелыми металлами Небольсин А.Н., Небольсина З.П., Алексеев Ю.В., Яковлева Л.В..//Агрохимия, №3, 2004. С.48-54.
  5. Яковлева Л.В. Изменение калийного состояния дерново-подзолистых почв при известковании./Кокорина А.Л., Яковлева Л.В.//Известия СПбГАУ, №11, 2008. С.31-37.
  6. Яковлева Л.В. Отзывчивость сельскохозяйственных культур на известкование и уровень минерального питания./Яковлева Л.В., Кокорина А.Л., Яблокова О.Т.//Известия СПбГАУ, №15, 2009. С.44-52.
  7. Яковлева Л.В. Миграция оснований в дерново-подзолистых почвах при внесении минеральных удобрений./Яковлева Л.В., Небольсин А.Н. //Плодородие, №5, 2009. С.12-13.

Статьи в материалах конференций, сборниках и отдельные издания:

  1. Яковлева Л.В Вымывание некоторых элементов питания растений при известковании кислых почв и интенсивном применении минеральных удобрений.//Вопросы интенсификации производства продуктов растениеводства и животноводства и повышение их качества в условиях Нечерноземья. Н.тр., т.349, - Л., 1978. С.66-68.
  2. Яковлева Л.В. Баланс азота, фосфора и калия и потери их от вымывания в пахотных почвах Ленинградской области. //Вклад молодежи в интенсификацию земледелия нечерноземной зоны.- Белогорка, 1978.- С.40-41.
  3. Яковлева Л.В. Миграция элементов питания растений при применении простых и не содержащих агрессивных компонентов удобрений в связи с известкованием почв.//Повышение плодородия почв в Северо-Западной зоне РСФСР.- Л., 1980. С.74-80.
  4. Яковлева Л.В. Влияние известкования и удобрений на качество урожая сельскохозяйственных культур./Небольсин А.Н., Небольсина З.П., Аллилуева Т.И., Яковлева Л.В.//Бюллетень ВИУА, - М., 1980, №52. С.39-43.
  5. Яковлева Л.В Нормативы расхода известковых удобрений для сдвига реакции почвенной среды до оптимального уровня рН на различных типах почв. /Коллектив авторов, в т.ч. по Северо-Западному региону: Небольсин А.Н., Небольсина З.П., Яковлева Л.В., Егорова Л.И. - М., 1980. 92с.
  6. Яковлева Л.В. Влияние известкования на потери фосфора, калия и кальция из дерново-подзолистых почв в условиях Ленинградской области.//Пути повышения урожайности сельскохозяйственных культур в Псковской области. Тр.ЛСХА, вып.187.- Елгава, 1981. С.46-49.
  7. Яковлева Л.В. Вымывание элементов питания растений из почвы и пути его снижения./Небольсин А.Н., Яковлева Л.В. //Пути повышения плодородия почв Нечерноземной зоны РСФСР.- Л., 1982.С.71-73.
  8. Яковлева Л.В. Отношение ячменя Белогорский к известкованию и уровню минерального питания./Небольсина З.П., Яковлева Л.В.//Селекция, семеноводство и сортовая агротехника зерновых культур.- Л., 1982. С.91-95.
  9. Яковлева Л.В. Биологический круговорот и баланс питательных веществ в земледелии Северо-Западной зоны РСФСР./Небольсин А.Н., Небольсина З.П., Яблокова О.Т., Яковлева Л.В.//Повышение плодородия почв и продуктивности сельского хозяйства при интенсивной химизации.- М., Наука, 1983. С.47-59.
  10. Яковлева Л.В. Роль извести в питании растений кальцием./Небольсин А.Н., Небольсина З.П., Яковлева Л.В.//Материалы Всесоюзной научной конференции молодых ученых по сельскохозяйственной радиологии.- Обнинск, 1983. С.74-75.
  11. Яковлева Л.В. О путях снижения загрязнения окружающей среды удобрениями и продуктами их трансформации./ Небольсин А.Н., Небольсина З.П., Яковлева Л.В.//Проблемы охраны природы в Нечерноземной зоне в связи с интенсификацией сельскохозяйственного производства. Вып.2.- Брянск, 1983. С.196-197.
  12. Яковлева Л.В. Потери кальция из пахотного слоя дерново-подзолистых почв при определении разными методами./ Небольсин А.Н., Небольсина З.П., Яковлева Л.В.//Эффективность удобрений в Северо-Западном регионе Нечерноземной зоны РСФСР.- Л.,1983. С.32-41.
  13. Яковлева Л.В. Влияние известкования на вымывание элементов питания из дерново-подзолистых почв Северо-Западной зоны. Автореф. дисс…уч. ст. канд.с.-х. наук. Л.-Пушкин, 1984. 17с.
  14. Яковлева Л.В Изучение баланса кальция в опытах с изотопной меткой./ Небольсин А.Н., Небольсина З.П., Алексеев Ю.В., Яковлева Л.В.//Свойства почв, их изменение при окультуривании и влияние на урожай в Северо-Западной зоне РСФСР.- Л., 1984. С.45-56.
  15. Яковлева Л.В. Нормы расхода известковых материалов для сдвига реакции почвенной среды до оптимального уровня рН на различных типах почв./Коллектив авторов.- М., 1986. 75с.
  16. Яковлева Л.В. Вымывание калия из дерново-подзолистых почв различного механического состава./Небольсина З.П., Яковлева Л.В.//Основные условия эффективного применения удобрений на Северо-Западе. – Л., 1986. С.45-52.
  17. Яковлева Л.В. Эффективность известкования на Северо-Западе нечерноземной зоны РСФСР./ Небольсин А.Н., Небольсина З.П., Белокурова А.П., Яковлева Л.В.//Бюллетень ВИУА «Приемы повышения эффективности известкования кислых почв», №82.- М., 1987. С.3-8.
  18. Яковлева Л.В. Влияние гранулометрического состава известковых материалов на свойства почв и урожайность сельскохозяйственных культур./Небольсина З.П., Яковлева Л.В., Липовских Л.П., Романова В.А. //Методы оценки нетрадиционных химических мелиорантов.- Л.-Пушкин, 1987. С.17.
  19. Яковлева Л.В. Научные основы применения органических удобрений в Ленинградской области./Небольсин А.Н., Яблокова О.Т., Поляков В.А., Небольсина З.П., Яковлева Л.В., Игнатьева Л.Г., Кащенко А.С., Аршавская В.Ф., Алексеев Ю.В., Конев В.В., Минеев А.П., Афанасьев В.Н., Данилова Т.А., Завьялова Е.Ф., Лушников Н.С., Ильинов Б.П. - Л., 1987. 108с.
  20. Яковлева Л.В. Агрохимические и экологические аспекты применения калийных удобрений на Северо-Западе Нечерноземной зоны РСФСР./ Небольсин А.Н., Небольсина З.П.,Яблокова О.Т., Яковлева Л.В.//Калийные удобрения и их эффективное использование. - Солигорск, 1988. С.23-24.
  21. Яковлева Л.В. Отзывчивость сельскохозяйственных культур на известкование в зависимости от уровня удобренности на почвах различного механического состава./Яковлева Л.В., Егорова Л.И., Финогенова Л.А //Повышение плодородия почв и урожайность сельскохозяйственных культур.- Л., 1989. С.31-44.
  22. Яковлева Л.В Количественные взаимосвязи между свойствами почвенного поглощающего комплекса с фракционным составом гумуса и их интерпретация./Небольсин А.Н., Рассказова Л.В., Яковлева Л.В.//Повышение плодородия почв и урожайность сельскохозяйственных культур. Л., 1989. С.87-97.
  23. Яковлева Л.В. Влияние известкования почвы и минеральных удобрений на поражаемость клевера лугового склеротиниозом./Яковлева Л.В., Коромыслова М.И.//Селекция, семеноводство и технологии возделывания зерновых культур и многолетних трав на Северо-Западе России.- СПб, 1993. С.122-126.
  24. Яковлева Л.В Экологические аспекты известкования пахотных почв.//Тезисы докладов П съезда Всероссийского общества почвоведов (27-30июня 1996г.), кн.1.- СПб, 1996. С.429-430
  25. Яковлева Л.В Научные основы и технология использования удобрений и извести./Небольсин А.Н., Небольсина З.П., Яковлева Л.В., Поляков В.А., Минеев А.П., под ред.академика РАСХН Семенова В.А.- Изд. СПбГУ, СПб, 1997.-52с.
  26. Яковлева Л.В. Агрохимическая концепция создания экологически безопасных удобрений. / Небольсин А.Н., Яковлева Л.В //Удобрения и химические мелиоранты в агроэкосистемах.- Изд. МГУ, М., 1998. С.136-144.
  27. Яковлева Л.В Почвенно-агрохимические и экологические аспекты известкования./Небольсин А.Н., Яковлева Л.В.//Современные проблемы оптимизации минерального питания растений – Н.Новгород, 1998. С.53-56.
  28. Яковлева Л.В. Изменение калийного режима дерново-подзолистых почв Северо-Запада России при известковании./ Небольсин А.Н., Небольсина З.П., Яковлева Л.В.//Тезисы докладов Ш съезда Докучаевского общества почвоведов (11-15июля 2000г., г.Суздаль).- М., 2000. С.154-155.
  29. Яковлева Л.В. Баланс оснований в кислых и известкованных почвах по данным многолетних опытов./ Небольсин А.Н., Небольсина З.П., Яковлева Л.В.//Труды международной научно-производственной конференции «Круговорот биогенных веществ в адаптивно-ландшафтном земледелии различных почвенно-климатических регионов России».- М., 2000.
  30. Яковлева Л.В. Роль извести и минеральных удобрений в формировании микробоценоза в дерново-подзолистых почвах./Яковлева Л.В., Кислицина А.П. //Пути повышения урожайности и качества сельскохозяйственных культур на Северо-Западе России. – СПб, 2000. С.167-177.
  31. Яковлева Л.В. Эколого-экономические основы и рекомендации по известкованию, адаптированные к конкретным почвенным условиям./Небольсин А.Н., Небольсина З.П., Яковлева Л.В., Сычев В.Г., Плющиков В.Г., Осипов А.И., Алексеев Ю.В., Минин В.Б., Колташов Н.А.- М.-СПб, 2000. 80с.
  32. Яковлева Л.В. Роль минеральных удобрений в миграции кальция при известковании дерново-подзолистых почв.//Бюллетень ВИУА «60 лет Географической сети опытов с удобрениями». №114.- М., 2001. С.191
  33. Яковлева Л.В Основные принципы создания экологически безопасных минеральных удобрений.//Научные труды конференции «Современные проблемы сельскохозяйственного землепользования.- СПб - Белогорка, 2002. С.10-12.
  34. Яковлева Л.В. Известкование – важный фактор экологизации земледелия Северо-Запада Российской Федерации./ Осипов А.И., Небольсин А.Н., Небольсина З.П., Яковлева Л.В.//Сб. материалов международной научной конференции. Ч.2 (Луга, 27мая 2003г.)- СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2004. С.60-67.
  35. Яковлева Л.В. Лизиметрический полигон Северо-Западного НИИ сельского хозяйства.//Лизиметрические исследования в России.– М., 2004. С.51-59
  36. Яковлева Л.В Экологически безопасные удобрения (научная концепция)./Небольсин А.Н., Яковлева Л.В., Поляков В.А.- Белогорка, 2005. - 26с.
  37. Яковлева Л.В. Методология и агротехнические приемы увеличения продолжительности действия извести./Небольсин А.Н., Небольсина З.П., Яковлева Л.В.- Белогорка, 2005.- 25с.
  38. Яковлева Л.В Агрохимические исследования химических мелиорантов в земледелии. //Совершенствование организации и методологии агрохимических исследований в географической сети опытов с удобрениями./Материалы Всероссийской научно-методической конференции Географической сети опытов с удобрениями (17-20октября 2005г.). /Осипов А.И., Небольсин А.Н., Небольсина З.П., , Яковлева Л.В.-М., 2006.-С.56-61.
  39. Яковлева Л.В. Научные основы химической мелиорации почв на Северо-Западе России./Осипов А.И., Небольсин А.Н., Небольсина З.П., Яковлева Л.В.//Материалы Международного форума «Земля и урожай» (СПб, 5-8июня 2007г.) – СПб, 2007. С.15-18.
  40. Яковлева Л.В. Создание и использование экологически безопасных удобрений. //Материалы Международного форума «Земля и урожай» (СПб, 5-8июня 2007г.) – СПб, 2007. С.18-20.
  41. Яковлева Л.В. Рекомендации по использованию органических удобрений. /Небольсин А.Н., Яблокова О.Т., Поляков В.А., Небольсина З.П., Яковлева Л.В. Белогорка, 2007. 48с.
  42. Яковлева Л.В. Возможности снижения вымывания оснований из дерново-подзолистых пахотных почв./ Яковлева Л.В., Небольсин А.Н.//Почвенные ресурсы Северо-Запада России: их состояние, охрана и рациональное использование./Материалы Межрегиональной научно-практической конференции.- СПб, Изд. Политехнического университета.- 2008. С.195-197.
  43. Яковлева Л.В. Роль извести и минеральных удобрений в продукционном процессе. /Яковлева Л.В., Яблокова О.Т. //Продукционный процесс растений: теория и практика эффективного и ресурсосберегающего управления. Труды Всероссийской конференции с международным участием (1-3 июля 2009г.) – СПб, 2009. С.291-292.
  44. Яковлева Л.В. Экологически безопасные удобрения – средство регулирования миграции оснований в почвах. /Яковлева Л.В. //Продукционный процесс растений: теория и практика эффективного и ресурсосберегающего управления. Труды Всероссийской конференции с международным участием (1-3 июля 2009г.) – СПб, 2009. С.344-345.



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.