Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Рациональное использование земель сельскохозяйственного назначения Челябинской области. Монография
.pdf
ченко А.П. и Синявского В.А. [82, 141], запас гумуса у черноземов выщелоченных составляет 154,8 т/га, на целине – 171,0 т/га,
у черноземов обыкновенных соответственно 131,6 и 165,0 т/га,
что также подтверждает снижение гумуса в пахотном слое. Пахотные почвы потеряли гумуса за время их сельскохозяйственного использования по отношению к целинным аналогам
в среднем
21,7 т/га, из них черноземы выщелоченные – 16,2 т/га, черноземы
обыкновенные – 33,4 т/га.
Сокращение внесения в почвы органических удобрение влияет не только на снижение поступления в почвы питательных веществ, но и на плодородие почв из-за уменьшения образования
гумуса в почвах. Наукой и практикой установлено, что длительное
применение одних минеральных удобрений в севооборотах без
использования органических удобрений и многолетних трав приводит к снижению содержания в почвах гумуса, потенциальной
возможностью которого является обеспечение получения высоких устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур, а также
связывание остатков пестицидов, тяжелых металлов и токсичных
веществ, недопуская попадание их в корни растений [63].
По
данным А.А. Роде, гумус составляет от 80–90% находящегося в почве органического вещества [136]. В.И. Кирюшин
считает главной причиной потери почвами гумуса снижение поступления растительных остатков в почву [73]. Качество почв
принято характеризовать содержанием гумуса в пахотном слое
0–20 см, отношением С:N, при определенном соотношении гуминовых кислот и фульвокислот в
гумусе. Наиболее полная оценка
указанных показателей состояния гумуса в почве была установлена Д.С. Орловым, которым было также показано: чем больше
корней, стерни, опавших листьев, ботвы остается в почве, чем
больше вносится навоза или зеленых удобрений, чем лучше качество органических остатков, тем активнее идет процесс гумусообразования [118].
Гумус черноземов
характеризуется преобладанием гуминовых кислот над фульвокислотами (Сг.к:Сф.к.=1,5-2). Гуминовые
кислоты отличаются высокой степенью конденсированности, а
фульвокислоты – почти полным отсутствием в них свободных
форм. Важнейшей особенностью агрохимического состава черноземов Челябинской области является высокое содержание в
41
них гумуса более 6 % и 150 т/га в пахотном слое 0–20 см. Содержание гумуса черноземов постепенно убывает вниз по профилю,
что обусловлено характером распределения корневой системы
травянистой растительности. Агрохимическое состояние черноземов представлено в табл. 2.3 [56].
Таблица 2.3. Характеристика черноземов (выщелоченный,
обыкновенный, южный (целина, пашня)
Выщелоченный Обыкновенный Южный
12343434
А0 0-3 8,51 204,2 7,42 183,6 5,46 101,6
А 3-23 4,82 118,1 6,27 232,7 3,65 155,0
В1 23-42 2,85 122,8 3,01 57,7 1,20 38,6
В2 42-73 0,20 6,2 0,30 15,5 0,40 9,9
ВС 73-95 - - ----
С 95-120 7,08 - ----
Апах 0-20 8,10 155,8 6,12 140,8 4,20 92,4
А 20-26 4,77 68,0 7,24 60,0 3,05 111,0
В1 26-36 2,80 67,3 4,81 207,3 1,20 40,3
В2 36-72 0,20 111,1 2,44 51,2 0,10 2.7
ВС 72-95 - 6,6 0,15 6,0 - -
С 95-120 - - - -
Примечание: обозначение : 1 – горизонт; 2 – глубина, см; 3 и 4 –
гумус, % и количество, т/га.
Из данных табл. 2.3 видно, что целинные почвы наиболее
гумусированы на территории северной лесостепной зоны, где в
почвенном покрове преобладают черноземы выщелоченные, содержание гумуса в горизонте А которых составляет 8,51 %, или
204,2 т/га. В горизонте В1 в слое почвы 23–42 см содержание гумуса уменьшается до 4,82 %, а в горизонте ВС составляет 0,20 %.
Снижение
гумуса с глубиной горизонта постепенно объясняется
проникновением корневой системы. Содержание гумуса в горизонте В1 свидетельствует об отсутствии в нем процессов разрушения органической и минеральной частей почвы, миграции и
аккумуляции продуктов распада.
У черноземов выщелоченных на пашне в горизонте Апах
содержание гумуса составляет 7,08 %, а в горизонте А его со-
42
держание остается прежним, характерным для целины (8,1 %).
Это подтверждает снижение содержания гумуса при распашке и
возникающей при этом эрозии. У чернозема выщелоченного содержание гумуса в пахотном слое черноземов колеблется преимущественно в пределах 4–7 % [57, 99].
В черноземах обыкновенных пашни содержание гумуса в
пахотном слое по сравнению с целиной ниже на 17,5 %. Миграции гумуса
по профилю не наблюдается; а снижение содержания
гумуса связано с развитием ветровой и водной эрозии.
Таким образом, черноземы обыкновенные в настоящее время имеют средний уровень обеспеченности таким фактором плодородия, как гумус. Однако несоблюдение почвосберегающих
технологий при возделывании культур может привести к значительному снижению содержания гумуса в пахотном
слое.
Черноземы южные в отличие от черноземов выщелоченных и обыкновенных, имеют меньшую мощность гумусового
горизонта на 5,46 %, а по профилю почвы миграция и аккумуляция гумуса не выражены. Показатель рН, равный 7,8 в горизонте В1, свидетельствует о наличии в почвенно-поглощающем
комплексе (ППК) ионов натрия, которые и обуславливают солонцеватость.
Содержание
гумуса у черноземов южных в горизонте Апах
под действием агротехники и эрозии снизилось в сравнении с целинным аналогом на 27,1 %. Подпахотные горизонты содержат
практически такое же количество гумуса, что и целина. Миграция и последующая аккумуляция гумусовых веществ в черноземе южном как на целине, так и на пашне не
наблюдаются.
Проведенные исследования в 1995 г. ЧНИИСХ показали,
что за двадцатилетний период паровой обработки этой почвы
содержание гумуса в слое 0–20 см снизилось на 0,8 %, или на
22,4 т/га [76, 90]. За этот период при бессменном посеве яровой пшеницы без удобрений потери гумуса были также велики –
0,62 % или 17,4 т/га. Плодосменный севооборот без удобрений не
сбалансировал круговорот органического вещества в биоценозе –
0,42 % и запаса – 11,8 т/га. И только внесение азотно-фосфорных
удобрений в количестве N105P120 обеспечило стабилизацию
гумусного состояния почвы в севообороте. Данные В.А. Синявского показывают, что избежать потерь гумуса в агроценозах с
43
однолетними культурами невозможно, но этот процесс можно значительно ослабить при уменьшении количества обработок [142].
На плодородие почв оказывают влияние также характер
агрофитоценозов и баланс основных элементов питания в них,
что подтверждается результатами тех же исследований на черноземе выщелоченном. Результаты исследования агрохимических
характеристик черноземов (выщелоченных, обыкновенных и
южных) области приведены в
табл. 2.4 [6, 114].
Таблица 2.4. Агрохимическая характеристика черноземов
Челябинской области (целина, пашня)
12
Чернозем
выщелоченный
12345345345
0-3 6,7 65 113 6,9 50 155 3,9 13 178
А 3-23 5,3 57 103 5,5 36 129 2,5 8 129
В1 23-42 4,0 42 109 3,9 27 130 1,9 8 110
В2 42-73 1,9 29 103 2,8 10 115 0,1 5 110
ВС 73-95 0,5 26 103 1,8 5 107 - - -
С 95-120 - 63 113 - - - - - -
Апах 0-20 6,5 64 112 6,5 50 148 3,1 12 170
А 20-26 6,5 58 103 5,0 42 121 2,2 9 127
В1 26-36 4,4 45 109 3,3 21 132 1,8 7 100
В2 36-72 3,9 29 103 2,5 7 114 0,1 5 100
ВС 72-95 1,9 - 103 1,0 3 100 - - 95
С 95-120 - - - - -
Примечание: обозначение граф: 1 – горизонт; 2 – глубина, см; 3 – со-
Чернозем
обыкновенный
Чернозем
южный
держание гумуса, %; содержание подвижных форм: %: 4 – N-NO3,5-P
2O5
.
Из приведенных результатов исследования видно, что каждый из этих элементов в почве находится в зависимости от условий в различном состоянии. Азот – один из основных элементов
питания, дефицит которого резко снижает продуктивность агроценозов, в почве он находится в форме органических соединений
в составе гумуса, остатков растений и микроорганизмов. Суще
-
ствует связь между количеством в почвах азота и гумуса [81].
Высокое содержание азота, как и гумуса, установлено в черноземах выщелоченных и обыкновенных. Со снижением содержания
44
гумуса вниз по профилю почв происходит также соответственно
снижение содержания азота.
В почве под естественной растительностью азотный режим
характеризуется динамической устойчивостью, тогда как в пахотных почвах в сильной степени зависит от процессов аммонификации и нитрификации азотистых веществ. Последние, в свою
очередь, зависят от условий погоды, агрофона и других факторов
Основная часть азота (80 %) входит в состав гумусовых веществ
в количестве 4–5 % от их веса. Доступными для растений являются минеральные соединения (аммоний, нитраты и нитриты), доля
которых не превышает 1 % от общего содержания азота.
Погодные условия, водно-воздушный и тепловой режимы
почв Челябинской области складываются таким образом, что при
минерализации азотистых органических
соединений наиболее
интенсивно протекает нитрификация. Из данных табл. 6.3 видно, что на целине максимальная концентрация нитратного азота
приходится на гумусовый горизонт чернозема обыкновенного
(6,9 мг/кг) и на горизонт В1 – 5,5 мг/кг. С глубиной содержание
азота плавно снижается. Однако в слое 0–20 см величины показателей содержания азота на целинных и распаханных
почвах
изменяются незначительно: чернозем выщелоченный – 6,7 и
6,5 мг/кг; чернозем обыкновенный – 6,9 и 6,5 мг/кг; чернозем
южный – 3,9 и 3,1 мг/кг.
.
Из данных табл. 2.4 также видно, что содержание нитратного азота несколько выше в черноземах обыкновенных, чем в
других. Эта тенденция может быть объяснена лучшими гидротермическими условиями раннелетнего периода подзоны обыкновенных
черноземов, чем подзон выщелоченных и южных чер-
ноземов.
Содержание фосфора в почве зависит от его количества в
почвообразующей породе и от процессов биологической аккумуляции в биологически активных слоях почвы. Слабокислая
среда чернозема выщелоченного создает условия для повышения
подвижности фосфатов. Фонд почвенного фосфора в значительной степени зависит также от гранулометрического
состава ма-
теринской породы.
Содержание подвижного фосфора в черноземе выщелоченном на целине и пашне низкое. В горизонте А его количе-
45
ство составляет 65–63 мг/кг почвы. С глубиной содержание Р2О5
снижается постепенно. Вероятнее всего, создание оптимальной
плотности за счет обработки почвы способствует биологической
аккумуляции фосфора, компенсирующей снижение элементов
питания при эрозионных процессах. Особенно хорошо это проявляется в черноземе обыкновенном, где на пашне и целине содержится одинаковое количество подвижного фосфора (50 мг/кг).
Содержание подвижного фосфора в горизонтах А и
особенно в В2, В3 резко снижается, что объясняется химической поглотительной способностью почвы, при которой в ней происходит
химическая реакция между карбонатами кальция и соединениями фосфора с образованием труднодоступных соединений фосфатов кальция.
Что касается содержания подвижных форм калия, то во
всех черноземах Челябинской области высокое содержание калия
. Объясняется это большим содержанием калия в литосфере
и наличием в почвообразующих породах калийсодержащих минералов [24]. Распределение калия по профилю не имеет определенных закономерностей. Хотя максимальное количество его
обнаруживается в верхних горизонтах как целинных, так и пахотных почв.
Физико-химические свойства почвы оцениваются также по
показателю кислотности почвы. Анализируя
данные по показателю актуальной кислотности, можно утверждать, что все черноземы Челябинской области имеют нейтральную или близкую к
ней реакцию почвенной среды в горизонте А. Это способствует
активному развитию растительного покрова и связанного с ним
гумусово-аккумулятивного процесса.
Вниз по профилю всех подтипов черноземов рН повышает-
ся, что объясняется карбонатностью
почвообразующих пород –
лёссовидных суглинков, карбонатных элювиально-деллювиальных отложений. Однако в черноземах южных в иллювиальном
горизонте В1 показатель рН резко возрастает как на целине, так
и на пашне (7,9–8,0), в то время как морфологически в этом горизонте не обнаружены скопления карбонатов кальция.
Следовательно, повышение щелочности почв связано с
повышением в
них содержания обменного натрия в почвенно-
поглощающем комплексе (ППК) этого горизонта. Наличие об-
46
менного натрия в поглощающем комплексе почв – показатель
протекающего процесса осолонцевания, которое зависит от количества обменного натрия в ППК. Солонцовый процесс – результат естественного почвообразования, но он может усиливаться
при высокой техногенной нагрузке.
В черноземах выщелоченных рН в горизонте А составляет
6,5–6,8. При достаточно высоком увлажнении слабокислая реакция среды является
положительным свойством почвы: улучшается растворимость фосфатов и других веществ; погибает патогенная микрофлора; культурные растения лучше переносят эти
условия, приспособившись к ним в процессе эволюции.
Культурные растения плохо переносят подщелачивание.
В понижениях при скоплении влаги в периоды увлажнения может протекать процесс разрушения (осолодение) в щелочной среде. Гумус черноземов
подвержен значительным изменениям под
действием возрастающей антропогенной нагрузки на пахотные
почвы. Впервые 10–20 лет после распашки происходит наиболее
резкое снижение количества источников гумуса [22].
2.3. Особенности влияния растительных остатков
на состав гумуса
Смена естественных фитоценозов агроценозами оказывает огромное влияние на все свойства почвы и, прежде всего,
на интенсивность аккумулятивного процесса почво-образования. Известно, что все растения оставляют после себя корни,
опавшие листья, часть стеблей, количество которых зависит
от вида растений и их продуктивности. По данным В.Ф. Трушина, И.К. Хабирова, больше всего остается растительных
остатков после многолетних трав, особенно люцерны, а меньше всего после картофеля и корнеплодов. Не- одинакова
и гу-
мусообразующаяся способность остатков различных культур
[151, 156, 157].
Например, по данным тех же авторов, при подъеме пласта
многолетних бобовых трав на 1 га поступает примерно в эквивалентном отношении: при выращивании клевера – на 20 т, а при
люцерновом – на 30 т полуперепревшего навоза. Считается, что
при повышении урожая яровой пшеницы на 4 ц/га увеличивается
масса корневых остатков на 20%. С увеличением высоты среза на
47
один сантиметр количество стерни возросло на 30–35 кг/га, а у
озимой пшеницы – на 45–65 кг/га [165].
По данным И.В. Синявского у яровой пшеницы корневая
система в условиях Южного Урала составляет 2,19–2,43 т/га или
36,6–38,3% [141]. У многолетних масса корней и масса надземных
органов растений равна соотношению 68:32%. При этом отмечается низкое содержание
подвижных форм азота и фосфора [79].
Исследование влияния растительных остатков на плодородие чернозема выщелоченного проводилось с измельченными растительными остатками и компостированием в течение
450 дней при влажности 60% от поверхности при двух уровнях
температуры: 30 ºС и 20 ºС [6]. Применяемые варианты удобрений в опыте: 1. контроль (без удобрений); 2. пшеничная солома
(из расчета 4,5
т/га сухой массы); 3. гороховая солома (4,5 т/га);
4. люцерновое сено (4 т/га); 5. навоз (10 т/га); 6. пшеничная солома с добавкой мочевины (45 кг азота мочевины на 4,5 т соломы).
Результаты исследования приведены в табл. 2.5.
Таблица 2.5. Изменение содержания гумуса и азота в черноземе
выщелоченном под влиянием органических удобрений
(Варианты: гумус, % и азот, мг
/ кг)
Варианты 123456
Гумус, %, 30 ºС 9,26 9,20 9,44 9,43 9,57 9,50
Гумус, %, 20 ºС 26 9,23 9,57 9,60 9,64 9,56
Азот, мг/кг, 30 ºС 27 4109 4476 4392 4528 4426
Азот, мг/кг, 20 ºС 110 4219 4553 4497 4572 4465
Проведенные исследования показали, что в процессе компостирования под влиянием растительных остатков в почве растет
содержание гумуса и азота: при температуре 30 ºС на 0,23–0,40%
и 197–372 мг/кг, а при 20 ºС– на 0,33–0,54% и 246–1103 мг/кг почвы соответственно [110]. Снижение температуры до 20 ºС при
оптимальной влажности затормаживает использование вновь
образованных гумусовых веществ и продуктов
разложения растительных остатков, о чем свидетельствуют и более высокие показатели накопления гумуса и азота.
Напротив, при увеличении температуры до 30 ºС хотя и
усиливаются процессы гуммификации растительных остатков,
48
но образующиеся при такой температуре гумусовые вещества
подвергаются и более сильному разложению микроорганизмами. Внесение пшеничной соломы с добавлением мочевины (45
кг азота мочевины на 4,5 т соломы) оказало наибольшее влияние
на содержание гумуса и азота. Значительное повышение содержания гумуса и азота также отмечено и в вариантах с внесением
в почву растительных
остатков бобовых культур (солома горохо-
вая, сено люцерновое).
Наименьшее накопление гумуса и азота наблюдалось при
компостировании почвы с навозом, а их снижение происходило
в варианте без внесения органических удобрений. Органические
удобрения оказали существенное влияние и на динамику содержания подвижного гумуса. По истечении 150 дней наибольшее
количество как при температуре 30 ºC, так
и при 20 ºС наблюдалось в вариантах с компостированием органических удобрений
бобовых культур. К концу инкубации преимущество по содержанию подвижного гумуса также сохранялось, однако более высокое его содержание отмечалось при температуре 20 ºС с добавлением пшеничной соломы и азота мочевины.
Максимальное продуцирование почвой СО
наблюдалось
2
в варианте с внесением в почву пшеничной соломы в присутствии минерального азота. Растительные остатки гороха и люцерны, обогащенные азотом, разлагались быстрее. Повышение
температуры до 30 ºС в начальный период инкубации почвы
увеличивает интенсивность процессов разложения растительных остатков. В дальнейшем скорость разложения в равные
отрезки времени становится одинаковой
при обоих темпера-
турных режимах.
В растительных остатках с умеренным содержанием азота
(0,5–1,5%) на первых этапах разложения преобладают иммобилизационные процессы, но в дальнейшем начинает преобладать
аммонификация, которая в данном случае быстро нитрифицируется. Внесение пшеничной соломы без азотных удобрений, а также соломы гороха при некотором увеличении активности биохимических
процессов (уреаза, дегидрогеназа, продуцирование СО2
почвой) сопровождалось иммобилизацией образующегося из почвы минерального азота в первые периоды инкубации. В варианте с навозом, где соотношение С:N колебалось в пределах 15%,
49
процесс иммобилизации выражен слабо, о чем свидетельствуют
и более высокие показатели содержания нитратного азота.
Разложение богатых азотом растительных остатков люцерны также сопровождалось значительной нитрификацией. При
добавлении азота мочевины заметно ускорялось разложение органических остатков, что приводило к увеличение содержания
доступных форм минерального азота. Процессы минерализации
органических удобрений, а следовательно, и
проходили более интенсивно при температуре 30
их нитрификация
0
С.
Инкубация чернозема выщелоченного в оптимальных гидротермических условиях с добавлением растительных остатков
способствовала увеличению их ферментативной активности. Наиболее оптимальные условия для функционирования ферментных
систем получались в вариантах с внесением гороховой соломы, навоза, пшеничной соломы с добавлением азота мочевины. По сравнению с контролем уреазная и дегидрогеназная активность в
этих
вариантах возросла в 1,5 и более раза. В варианте с добавлением
растительных остатков люцерны уреазная активность изменялась
одинаково по сравнению с другими вариантами, имея более высокие значения, чем в контроле. Наименьшая активность ферментов
наблюдалась при инкубации почвы без внесения сидератов [101].
2.4. Влияние приемов обработки черноземов на их
плодородие
2.4.1. Влияние
обработки на агрофизические свойства
черноземов
На плодородие черноземов оказывают влияние многие факторы, в том числе и приемов их обработки [150]. Так, например,
при длительном применении безотвальных методов обработки
почвы происходит дифференциация пахотного слоя по плодородию. Однако и при обработке почв это явление отмечается как на
почвах, обработанных отвально, так и
безотвально, и не только
в конце вегетационного периода, но и в периоды между обработками [159]. Кроме того, разные виды обработок оказывают
неодинаковое воздействие на биогенную активность, агрофизические и водные свойства почвы.
В зависимости от характера и интенсивности обработки
почв агрофизические свойства черноземов изменяются при лю-
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]