Агрохимические свойства и агроэкологическое состояние дерново-подзолистой почвы после длительного (с 1931 года) применения удобрений в полевом опыте Д.Н. Прянишникова №2 на ДАОС Литвинский Владимир Анатольевич

Литвинский Владимир Анатольевич. Агрохимические свойства и агроэкологическое состояние дерново-подзолистой почвы после длительного (с 1931 года) применения удобрений в полевом опыте Д.Н. Прянишникова №2 на ДАОС: диссертация . кандидата Биологических наук: 06.01.04 / Литвинский Владимир Анатольевич;[Место защиты: ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии имени Д.Н. Прянишникова], 2017

Содержание к диссертации

1. Литературная часть 13

1.1. Значение многолетних опытов в системе комплексного мониторинга 13

1.2. Влияние агрогенных факторов на физико-химические свойства и плодородие почв 16

1.2.1 Гумусовое состояние почв 16

1.2.2. Кислотно-основные свойства почвы. 28

1.2.3. Питательный режим почвы 33

1.2.4. Микробное сообщество 36

1.2.5. Плодородие и экологическое состояние почв 39

1.3. Сбалансированное питание с/х культур макро- и микроэлементами, как основа получения высоких и устойчивых урожаев 46

2. Экспериментальная часть 59

2.1 Цель и задачи и характеристика объекта и методы исследования 59

2.1.1. Цель и задачи 59

2.1.2. Характеристика объекта и методов исследования 60

2.2 Результаты исследований 65

2.2.1. Продуктивность севооборота 65

2.2.2. Химический состав растениеводческой продукции, полученной при учете последействия удобрений 69

2.2.3. Содержание и состав органического вещества после длительного применения удобрений 78

2.2.4. Кислотно-основные свойства 89

2.2.5. Изменение содержания подвижных форм фосфора и калия

2.2.6. Микробное сообщество 99

Рекомендации производству 106

Введение к работе

Актуальность и основания для исследования Многолетние полевые опыты являются надежной основой для проведения почвенно-агрохимического и агроэкологического мониторинга состояния земель сельскохозяйственного назначения.

В результате исследований на длительных полевых опытах с удобрениями формируется информационный банк данных, используемых для оценки изменений плодородия почвы, содержания и качественного состава органического вещества, а так же ее агрохимических свойств и агроэкологического состояния. Обработка и систематизация полученных материалов даст возможность прогнозировать изменения кислотно-основных свойств и показателей актуального плодородия почв под действием природных и агрогенных факторов.

Степень разработанности темы. Длительные полевые опыты с удобрениями, заложенные Д.Н. Прянишниковым в 1928-32 гг. на Долгопрудненской опытной станции (в настоящее время ДАОС им. Д.Н. Прянишникова) представляют собой исключительную основу для изучения динамики свойств почвы при применении различных приемов земледелия и для оценки ее устойчивости к антропогенному воздействию. Выбор нами объекта изучения определялся тем, что за предшествующий период проведения опыта уже был накоплен богатый экспериментальный материал, обобщенный в монографии А.Д. Хлыстовского (1992) и его публикациях с сотрудниками, привлекаемый в настоящей работе.

Основной целью диссертационной работы было изучение агрохимических свойств почвы и ее агроэкологического состояния после длительного применения навоза и минеральных удобрений в зависимости от периодического известкования в полевом опыте Д.Н. Прянишникова № 2 с клеверным паром на ДАОС.

Задачи исследования включали:

Обобщение данных ДАОС по продуктивности севооборота по отдельным его ротациям к дополнению материалов, опубликованных ранее А.Д. Хлыстовским в его монографии (1992);

Определение содержания и состава органического вещества в пахотном слое почвы;

3. Оценка состояния основных агрохимических свойств дерново-
подзолистой почвы под влиянием известкования и систематического примене
ния навоза и минеральных удобрений, после полных 19 ротаций севооборота;

4. Определение показателей актуального плодородия почвы (включая со
стояние микробного сообщества);

5. Анализ химического состава культур севооборота после завершения 19 ротаций для оценки качества и безопасности полученной продукции.

Научная новизна. Проведен обобщающий анализ данных 76-летнего полевого опыта Д.Н. Прянишникова, что позволило получить уникальные экспериментальные данные о действии и последействии изучавшихся агрогенных факторов на агрохимические и агроэкологические свойства почвы, качество и безопасность получаемой растениеводческой продукции. Впервые использовавшийся для анализа почв этого опыта дериватографический метод позволил охарактеризовать влияние изучавшихся факторов на термическую стабильность органического вещества почвы, на соотношение между его лабильными и стабильными компонентами.

Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты обобщающих исследований, выполненных автором, необходимы при проведении мониторинга плодородия дерново-подзолистой почвы Центрального Нечерноземья и разработки приемов рационального применения удобрений. Ценность научных работ соискателя том, что результаты исследований в таких многолетних опытах, как полевой опыт №2 Д.Н. Прянишникова на ДАОС, позволяют сформировать надежную базу для оценки изменений агрохимических свойств и плодородия почв, их агроэкологического состояния. Получаемые в опытах результаты являются основой для рекомендаций по рациональному научно-обоснованному применению удобрений, а также прогнозированию потребности в минеральных удобрениях и обоснованию их ассортимента для Нечернозёмной зоны РФ. Выводы и рекомендации, полученные в результате исследования, позволяют провести разработку мероприятий по эффективному и экологически безопасному применению удобрений, рациональному использованию, сохранению и повышению плодородия почв, при различных уровнях технологий возделывания сельскохозяйственных культур, в том числе и при современных адаптивно-ландшафтных системах земледелия. Материал, полученный в ходе выполнения диссертационной работы, может быть использован в учебных целях.

Основные защищаемые положения

Органическая и минеральная системы удобрения по влиянию на среднюю продуктивность севооборота за весь период проведения опыта были равноценны.

При учете последействия удобрений после завершения 19 ротаций севооборота не выявлено существенных различий между вариантами с органической и минеральной системами удобрения независимо от известкования по содержанию основных органических соединений определяющих качество урожая возделываемых культур

Различия в уровне урожая отдельных культур в зависимости от изучавших факторов, а также выявленные различия в агрохимических свойствах и плодородии почвы по вариантам опыта определяли варьирование содержания зольных макроэлементов и широкого набора микроэлементов продукции воз-делывавшихся культур.

Длительное систематическое применение, как навоза, так и минеральных удобрений не привело к накоплению в получаемой продукции тяжелых металлов из числа элементов 1 и 2 класса опасности свыше санитарно-гигиенических требований.

Длительное, на протяжении 76 лет возделывание сельскохозяйственных культур без известкования и применения удобрений привело к снижению содержания гумуса тяжелосуглинистой дерново-подзолистой почвы, до уровня, установившегося после значительного его снижения в первые тридцать лет проведения опыта. При практически равном влиянии органической и минеральной систем удобрения на среднюю продуктивность севооборота за весь период проведения опыта систематическое внесение навоза оказало большее положительное воздействие на содержание гумуса, чем применение минеральных удобрений в эквивалентных навозу дозах NPК и Са.

После 19 полных ротаций севооборота с соблюдением схемы опыта выявлено значительное изменение в кислотно-основных свойствах почвы под влиянием изучавшихся систем удобрения Под влиянием периодического известкования (через 28 лет после последнего его проведения по полной Нг в 1980 г.) в почве, независимо от применения удобрений, установлено снижение кислотности и содержания подвижного алюминия, сохранялись более благоприятные условия для клевера и пшеницы, проявившиеся при учете последействия удобрений.

В пахотном слое систематически удобрявшейся почвы через 76 лет проведения опыта независимо от известкования увеличилось содержание как подвижного (по Кирсанову) фосфора, так и обменного (по Масловой) калия с переходом в более высокий на один класс обеспеченности этими элементами. Содержание подвижного фосфора и обменного калия в пахотном слое почвы после 76-лет проведения опыта существенно не различалось при сравнении известкованных и неизвесткованных вариантов со внесением удобрений.

Степень достоверности результатов проведённых исследований. Степень достоверности результатов проведенных исследований подтверждается детальной проработкой литературных источников отечественных и зарубежных авторов по теме диссертации, применением современных инструментальных методов анализа, публикацией основных положений диссертаций.

Исследования проводились в длительном полевом опыте с севооборотом, развернутом во времени и пространстве. После полных 19 ротаций представительные почвенные пробы ежегодно отбирались из пахотного (0-20 см) слоя почвы. Образцы отбирали с трех несмежных повторений. В растительных пробах (сена клевера – в первый год учета последействия удобрений, зерна озимой пшеницы – на второй год учета последействия), определялись основные показатели качества и элементный состав сельскохозяйственной продукции. Аналитические работы и лабораторные эксперименты выполнялись на кафедре агрономической, биологической химии, радиологии и безопасности жизнедеятельности, кафедре микробиологии и иммунологии ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева и в Центре коллективного пользования ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова с использованием современных аналитических методов, в том числе атомно-абсорбционной спектрофотометрии и термогравиметрии. Все полевые и лабораторные работы выполнены с применением рекомендованных методик и современных методов исследований. Достоверность результатов подтверждается наличием первичной документации, которая велась в ходе выполнения экспериментов. Урожайные и аналитические данные подвергались статистической обработке методом дисперсионного анализа с применением компьютерных программ Microsoft Excel, и Statistica 6.1.

Апробация работы. Материалы исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры агрономической, биологической химии, радиологии и безопасности жизнедеятельности ФГОУ ВПО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева (2008, 2009, 2010 гг.). Также результаты исследований представлялись на международных научных конференциях: 42-я международная научная конференция «Агрохимические технологии, приемы и способы увеличения объемов производства высококачественной сельскохозяйственной продукции» (Москва 21-22 мая 2008 г.); 43 я международная научная конференция молодых ученых и специалистов «Применение средств химизации в технологиях адаптивно-ландшафтного земледелия» (Москва 19-21 мая 2009 г.); 44 я международная научная конференция молодых ученых и специалистов «Комплексное применение средств химизации в адаптивно-ландшафтном земледелии» (Москва 22 23 мая 2010 г.); Международная научно практическая конференция «Адаптация сельского хозяйства России к меняющимся погодно-климатическим условиям» (Москва 7-10 декабря 2010 г.); Научно практическая конференция «Проблемы развития АПК и сельских территорий в XXI веке» (Москва 7-9 декабря 2011 г.)

Личный вклад соискателя. Диссертация Литвинского В.А. является самостоятельной научной работой, в которой экспериментальные данные за 2007-2010 гг. принадлежат лично автору. При выполнении работы автор принимал

непосредственное участие в проведении полевых и лабораторных научно-исследовательских работ в длительном (с 1931 г.) полевом опыте с удобрениями Д.Н. Прянишникова №2 на ДАОС в 2007-2010 гг. По результатам анализа экспериментальных данных автором были подготовлены печатные работы и сформулированы выводы.

Публикации по теме диссертации. Основное содержание диссертации и защищаемые положения отражены в 8 публикациях, среди которых: 5 статей в рецензируемых научных журналах (все 5 – в изданиях ВАК, рекомендуемых для публикации результатов диссертационных работ), 3 работы – в сборниках тезисов российских и международных конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, включающих обзор литературы, списка литературы, включающего 251 наименований, из которых — 16 на иностранных языках, экспериментальную часть и выводы, рекомендаций производству, списка литературы и приложения. Работа изложена на 139 страницах, содержит 10 рисунков, 12 таблиц и одно приложение.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность всему коллективу ДАОС и его руководителю Ю.Г. Грицевичу, коллективу лаборатории географической сети опытов с удобрениями ФГБНУ ВНИИ агрохимии имени Д.Н. Прянишникова и ее руководителю В.Г. Сычеву, коллективу кафедры агрономической, биологической химии, радиологии и БЖД РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева и ее руководителю С.П. Торшину, доценту кафедры микробиологии и иммунологии РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева Т.А. Карепиной за сотрудничество и практическую помощь на различных этапах выполнения работы. Автор выражает искреннюю признательность научным руководителям работы – профессору, д. б. н. Э.А. Муравину и профессору, д. с.-х. наук В.А. Черникову.

Влияние агрогенных факторов на физико-химические свойства и плодородие почв

Оптимизация применения агрохимических средств – важное направление совершенствования технологий возделывания сельскохозяйственных культур. Необходимым источником сведений по данному вопросу служат результаты полевых экспериментов с удобрениями и другими агрохимическими средствами, проводимые научно-исследовательскими и проектными организациями, центрами Государственной агрохимической службы, Центральным институтом агрохимического обслуживания (ЦИНАО), Научно-исследовательским институтом удобрений и инсектофунгицидов (НИИУИФ), вузами, региональными сортоиспытательными и селекционными станциями. Большую ценность представляют результаты исследований в Географической сети опытов с удобрениями и другими агрохимическими средствами (Шевцова, Романенков, 2006).

Особое место занимают длительные полевые опыты Геосети. Географическая сеть опытов с удобрениями является научной базой агрохимической науки в России. Геосеть осуществляет разработку научно-обоснованных предложений по размещению и наиболее эффективному использованию удобрений и других агрохимических средств под основные сельскохозяйственные культуры и в севооборотах в соответствии с требованиями современных агротехнологий в различных почвенно-климатических зонах и субъектах РФ, проводит исследования по сохранению и повышению плодородия почв, устойчивому функционированию агро-ландшафтов, регулированию биологического круговорота в агроценозах (Мура-вин, Титова, 2009).

Экспериментальные исследования учреждений Геосети проводятся в краткосрочных, длительных (стационарных), а так же микро полевых опытах и лизиметрических установках. Основная часть опытов расположена в европейской части России. Длительные стационарные полевые опыты являются основной базой проведения фундаментальных агрохимических исследований, обеспечивая систему многолетних стационарных наблюдений.

По данным последней инвентаризации длительных опытов, проведенной ВНИИА по состоянию на 2005г. в РФ имеется 356 длительных опытов, в том числе 21 опыт продолжительностью более 50 лет (Бюллетень, 2006) .

Использование результатов полевых экспериментов в решении научных и практических задач агрохимии и земледелия связано со многими нерешенными проблемами. Централизованная обработка результатов полевых опытов в полном объёме не ведётся. Нуждается в развитии методология агроэкологического прогнозирования и интерпретации его результатов. (Ефремов, 2009). Требуют совершенствования методы совместного использования данных краткосрочных и длительных агрономических экспериментов, способы учёта различий в методиках исследования и факторных планах при обобщении результатов полевых опытов, проведенных в неодинаковых почвенных, климатических и агрометеорологических условиях. Это сдерживает развитие опытного дела, моделирования и агрохимической науки в целом. При оптимизации технологий возделывания культур на дерново-подзолистых почвах Нечернозёмной зоны следует учитывать разнообразие сочетаний показателей их агрохимических свойств. Необходимо обобщение результатов полевых опытов с удобрениями и другими агрохимическими средствами, проведенных в широком диапазоне агроэкологических условий. Это требует совершенствования методов экспериментальных исследований в агрохимии, 5 использования математического моделирования и современных информационных технологий (Сычев, Державин, 2004, Сычев, 2006).

Значимость информации длительных опытов превосходит национальные рамки, приобретает международное значение. Международные базы длительных опытов позволяют решать глобальные вопросы, связанные с проблемами экологии, накопления в биосфере токсикантов, региональные изменения в эмиссии СО2, минерализации органического вещества почвы, что ведёт к изменению условий питания растений и требует корректировки сложившихся зональных систем применения удобрений.(Панников, Минеев, 1976, Дзанагов, 1999).

Высоко оценивая значимость реальной, заложенной в длительных опытах информации, необходимо чётко представлять, что её активное использование возможно лишь при условии правильно организованной системы сбора, хранения и обновления единого формата электронной базы данных, применения автоматизированной обработки многолетних данных с использованием современных компьютерных программ, стандартизации архивной и текущей информации (Мура-вин, Титова 2009).

Первой попыткой унификации сбора, хранения и использования информации длительных опытов на основе создания международной электронной базы данных по органическому веществу почвы является проект EuroSOMNET. Проект предусматривает создание единой европейской сети, включающей паспорта опытов, базы данных и информацию о моделях состояния органического вещества почвы, разработанных на основе данных длительных опытов. Координатором проекта является Ротамстедская опытная станция (Великобритания); сокоордина-тором по Центральной Европе – международный исследовательский центр UFZ Лейпциг-Гаале (Германия), по странам СНГ – ВИУА (Россия) (Черников, Чеке-рес, 2004, Бюллетень, 2006).

Плодородие и экологическое состояние почв

Азотные удобрения играют основную роль в получении высокой продуктивности зерновых культур с благоприятными показателями качества на высоко-окультуренных почвах Центрального района (Кудеяров, Кузнецова, 1996, Лапа, 2004). Последовательное увеличение норм азотного удобрения повышает белковость зерна злаковых культур даже тогда, когда урожайность уже не увеличивается (Никитишен В.И., 1984, Жуков Ю. П., Макарцева, 1997).

В работах многих ученых отмечено (Ковалёв, Барановский, 2000; Козлов и др., 2003) увеличение массы 1000 семян под влиянием органических и минеральных удобрений. Содержание сырой клейковины при внесении N60 значительно увеличивалось. Дальнейшее же увеличение дозы азота не приводило к увеличению ее содержания в зерне озимой пшеницы. По мнению Л.М. Державина (1992), качество урожая прежде всего зависит от азотных удобрений.

По данным В.Г. Сычева и Л.М. Державина (2004) исследования по оценке качества урожая в опытах свидетельствуют, что с увеличением доз азотных удобрений до N90 и более повышается белковость зерна озимой и яровой пшеницы на 0,2-3,0%; при внесении N120 и более снижается сахаристость сахарной свеклы на 0,4-1% и наблюдается снижение крахмала в картофеле на 0,3-1,2%,

Влияние фосфорных и калийных удобрений на качество растениеводческой продукции было слабым и неустойчивым (Горшкова, 1981, Касицкий, 1986).

Важными показателями качества кормовых культур является содержание каротина, протеина и клетчатки. По данным С.Х. Дзанагова (1999) на дерново 5 0 глеевой почве наблюдается тенденция увеличения содержания протеина и каротина в растениях под влиянием удобрений, снижение клетчатки, содержание жира и золы находилось на уровне контроля. Другие авторы (Демин, 1985, Алтунин Д.А., 1986, Донос, 1993) также отмечают увеличение содержания каротина в кормовых культурах и улучшение качества сена при внесении азотных удобрений, что делает заготавливаемые корма более ценными.

Систематическое применение удобрений приводит к постепенному обогащению почвы подвижными соединениями питательных веществ. В большей степени это характерно для фосфора, в связи с его малой подвижностью в почве и низкой степенью использования из удобрения на формирование урожая (Никитишен, 1990).

При систематическом применении фосфорных удобрений в севооборотах значительная часть неиспользованного растениями фосфора накапливается в корнеобитаемом слое в виде усвояемых соединений, обеспечивая длительное его последействие (Соколов, 1950, Никитишен, 2002).

Содержание валового калия в почве является довольно стабильным показателем, поэтому не часто используется в агрохимических исследованиях. Для многих глинистых и суглинистых почв общий калий редко различается в почвах с различной степенью удобренности, даже после более чем 100 лет ведения хозяйственной деятельности (Johnston A.E., Goulding K.W.T., 1990). Согласно результатам исследований ученых, наблюдалось несущественное снижение содержания общего калия при многолетнем использовании почвы в слое 0-15 см и некоторое увеличение в слое 15-30 см (Сигаркин и др., 1978, Шафран, 1995, Попов, Шафран, 2002) В опытах Л.И. Мартынович и др. (1992) запасы валового К в пахотном слое за 50 лет уменьшились на 5,4 т/га. 1

При взаимодействии калийных удобрений с почвой значительная часть калия сорбируется в корнеобитаемом слое не только в обменной форме, но и проникает в межпакетные пространства глинистых минералов, закрепляясь в необменнопо-глощённом состоянии (Минеев, 1999, Никитишен, 2002).

При оценке сравнительной эффективности органической и минеральной систем удобрений за основу берется эквивалент содержания в них основных элементов питания – NPK и Са, при этом не учитывается наличие в органических удобрениях других макро и микроэлементов, а также их воздействие на гумусовое состояние и агрохимические свойства почвы (Минеев и др., 1984,Черников и др. , 1988, Барановский, 1995, Шевцова, Романенков, 2006).

При пропаганде преимущества органического земледелия (исключающего применение минеральных удобрений и агрохимикатов) декларируется получение, якобы, экологически чистой продукции. (Горчаков, Дурманов, 2002). Однако, навоз может содержать различные токсиканты вследствие техногенного загрязнения кормов и подстилок (Васильев, 1984).

Особенно строгий контроль за содержанием различных токсикантов необходим при использовании нетрадиционных органических удобрений – сапропеля, компостов с осадком сточных вод и других отходов ЖКХ (Басманов, 1990, Методические рекомендации. 2000).

Промышленные минеральные удобрения в обязательном порядке сертифицируются на экологическую безопасность, в том числе, по содержанию тяжелых металлов. Фосфорные и калийные удобрения содержат небольшое количество микроэлементов, в том числе тяжелых металлов (Карпова и др. 1990, Большакова, 1993). Однако даже при достаточно длительном применении в повышенных дозах они не вызывают увеличения фонового, тем более сверхнормативного содержания в почвах (Соколов, 1950, Овчаренко, 1997, Минеев, 1999, Прокошев, Дерюгин, 2000)

Существующие показатели содержания потенциальных токсикантов из числа микроэлементов достаточно условны и основным критерием оценки агроэкологи-ческого состояния агроценоза является содержание нормируемых микроэлементов в конечной с.-х. продукции. Они определены в СанПинах на пищевую, кормовую и животноводческую продукцию (Методические указания, 1982, Черников, Чекерес, 2004, Гигиенические требования, 2008, Муравин, Титова, 2009, Потатуе-ва, Сидоренкова, 2010).

Таким образом, можно сказать, что минеральные и органические удобрения при их длительном применении становятся не просто источником доступных растениям элементов питания, а фактором, определяющим уровень потенциального плодородия и устойчивость агроэкосистемы в целом (Байбеков, Колтыхов, 2003).

Некоторые политики, в том числе и от науки, небезуспешно убеждают во вреде применения минеральных удобрений и пестицидов для человека и окружающей среды, хотя самые развитые и благополучные станы используют их в наибольших количествах (например, Япония — страна долгожителей). Дело в том, что основные проявления экологического неблагополучия в АПК связаны не столько с химическими загрязнениями, сколько с преобладанием экстенсивного хозяйствования и недостаточным применением химизации земледелия (Минеев, Ремпе, 1990).

Характеристика объекта и методов исследования

Периодическое известкование почвы в варианте без применения удобрений вызывало значительное повышение уровня средней продуктивности севооборота в первые 2-3 ротации после каждого известкования – прежде всего это было связано с ростом урожая клевера и озимых зерновых. Особенно сильно положительное действие проявилось при первом известковании полной дозой, проведенном в 1947 году. Суммарная продуктивность за первые три ротации после известкования возросла в 1,8 раза. После известкования по 0,5 Нг в 1970 г. – в той же мере в первые 2 ротации.

Известкование повышало эффективность применения как органических, так и минеральных удобрений. В течение трех ротаций по полной дозе извести уровень средней продуктивности севооборота возрастал в 1,6 раза, при этом прослеживалась тенденция к преимуществу органических удобрений над минеральными. Повторное известкование по 0,5 Нг обладало менее выраженным и менее продолжительным положительным действием. 3-е известкование (по 1,0 Нг), проведенное после увеличения доз удобрений, в сумме за первые три ротации после известкования, оказалось не так эффективно, как первое, но прослеживалось более длительное его последействие, особенно на урожайность клевера и озимой пшеницы. За 15 ротаций после начала известкования суммарная продуктивность севооборота в вариантах с известью возросла со 144 т/га з.е. до 162 т/га з.е., т.е. всего на 13%, однако периодическое известкование обладало исключительно высокой эффективностью при учете последействия как органической, так и минеральной системы удобрений. Таким образом, обобщение урожайных данных по отдельным ротациям севооборота в зерновых единицах основной продукции за весь период проведения опыта до 1982 года проведенная А.Д. Хлыстовским, а по последующим ротациям за 1983 по 2007 гг. – Литвинским В.А показала, что изу 6 8 чавшиеся органическая и минеральная системы удобрений по влиянию на среднюю продуктивность севооборота были практически равноценны.

При этом, как и при учете урожая клевера и озимой пшеницы в первые два года учета последействия в вариантах с удобрениями продуктивность агроценозов была в 1,7-2,0 раза выше, чем в контрольном варианте. Существенное увеличение средней продуктивности севооборота после известкования полной дозой по Нг наблюдалось в течение трех, а половинной дозой – двух ротаций. Тем не менее, достоверное положительное влияние известкования на урожай клевера и озимой пшеницы проявлялось и в последующий период после последнего известкования, в том числе в первые два года учета последействия. В первые две-три ротации после каждого известкования повышалась эффективность как органических, так и минеральных удобрений, а при учете их последействия установлен достоверный рост урожаев клевера и озимой пшеницы только в контрольном варианте.

Таким образом, в результате теоретических исследований по обобщению и анализу продуктивности севооборота, за последние 24 года и результатов изучения гумусового состояния дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы после длительного 76 летнего применения удобрений в многолетнем опыте Д.Н. Прянишникова с клеверным паром, на заключительном этапе проведения полевого опыта установлено следующее:

В вариантах без применения удобрений и известкования средняя продуктивность севооборота за 19 ротаций составила 1,3 т з.е. с га в составе основной продукции. Периодическое известкование повышало плодородие почвы и эффективность удобрений, особенно минеральных. Продолжительность достоверного увеличения средней продуктивности севооборота при известковании полной дозой составило 9 3, а половинной – 2 ротации. Однако, и на протяжении более длительного периода прослеживалось продолжительное действие известкования на продуктивность посевов и высокое последействие на урожай посевов культур севооборота. Под влиянием известкования динамика содержания гумуса в почве и агрохимические ее свойства после длительного применения существенно не изменялись.

Органическая (36 т навоза КРС за ротацию севооборота) и минеральная (эквивалентное навозу количество NPKCa) в виде NАА, PГС, КCl, СаСО3 система удобрения по влиянию на среднюю продуктивность севооборота за первые 11 ротаций были равноценны (2,3 т з.е/га).

Как отмечалось в литературном обзоре, изменения химического состава под влиянием изучавшихся агрогенных факторов определяют качество и безопасность сельскохозяйственной продукции. Изменения химического состава зависели от видовых особенностей культур и уровня их продуктивности.

При учете урожая опытных культур (клевера и озимой пшеницы) соответственно в 1-ый и 2-ой годы после завершения внесения удобрений выявлено высокое их последействие. Прослеживалось также увеличение урожаев этих культур под влиянием ранее проводившегося известкования, особенно в варианте без применения удобрений.

Согласно данным ДАОС в 2007 году, исключительно благоприятном по тепловому режиму и условиям влагообеспеченности, урожай сена клевера сорта Трио Красный в вариантах предшествующего длительного систематического применения навоза и минеральных удобрений без известкования составил соответственно 5,4 и 5,7 т/га против 2,9 т/га в контрольном варианте. На фоне известкования в ва 7 0 рианте без внесения удобрений урожай сена возрос до 3,8 т/га, а увеличение урожая в вариантах с применением удобрений оказалось недостоверным.

На второй год учета последействия урожай зерна озимой пшеницы сорта Московская 39 в вариантах с предшествующими органической и минеральной системой удобрения составлял соответственно 6,8 т/га и 6,6 т/га, а на контроле — 3,9 т/га. Последействие периодического известкования проявилось только в варианте без внесения удобрений, где урожай достоверно возрос до 4,7т/га.

Обобщение и анализ полученных нами аналитических данных позволяет сделать следующие заключения об изменении химического состава растениеводческой продукции после длительного, на протяжении 76 лет воздействия изучавшихся в опыте агрогенных факторов.

Содержание сырого протеина в сене клевера в вариантах с применением навоза возрастало с 11,2% до 11,8% по сравнению с вариантом без удобрений. В вариантах с минеральной системой удобрений содержание сырого протеина в сене клевера сохранялось на уровне контрольного. При равном росте продуктивности культуры под влиянием как органической, так и минеральной системы удобрения по сравнению с контролем, сбор сырого протеина с кормовой массой на 1 гектар был значительно выше при органической. При этом вынос азота с единицы площади и сбор белка с урожаем озимой пшеницы резко возрастали по сравнению с контролем за счет последействия как органических, так и минеральных удобрений.

Урожай озимой пшеницы возрастал в равной мере от применения и органических и минеральных удобрений, но концентрация белка была выше при применении минеральных удобрений на 0,6 % по сравнению с вариантом внесения навоза и на 1,2% по сравнению с контролем.

Содержание и состав органического вещества после длительного применения удобрений

Таким образом, как и следовало ожидать, после длительного систематического применения как органических, так и минеральных удобрений, в почве возросло содержание подвижного фосфора и обменного калия (с переходом почвы в следующий класс обеспеченности растений этими питательными элементами), а содержание количества щелочегидролизуемого азота возросло только при сочетании навоза и минеральных удобрений с периодическим известкованием. Интересно, но длительное возделывание сельскохозяйственных культур без удобрений не вызвало существенного снижения содержания подвижного фосфора и обменного калия в почве.

В системе комплексного почвенно-агрохимического и агроэкологического мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения важное место принадлежит многолетним полевым опытам с удобрениями и другими средствами химизации Геосети ВНИИА, исследования, на базе которых позволяют сформировать надежный банк данных для оценки и прогнозирования почвенного плодородия под влиянием длительного воздействия природных и изучаемых в опытах агрогенных факторов. В программу наблюдений при осуществлении мониторинга входят, микробиологические исследования для оценки биологической активности и численности почвенных микроорганизмов, в том числе определяющих направленность и интенсивность трансформации углерода и азота, гумусовое состояние и питательный режим почв. В свою очередь, изменение агрохимических свойств почвы (содержание и состав органического вещества, кислотно-основные свойства, поглотительная и буферная способность, актуальное плодородие) под влиянием длительного воздействия агрогенных факторов – технологии возделывания сельскохозяйственных культур, применения органических и минеральных удобрений, приемов химической мелиорации, может в значительной степени сказаться на состоянии микробного сообщества почвы, его биоразнообразии, численности и активности почвенной микрофлоры.

Целью наших исследований, выполнявшихся на базе длительного полевого опыта, заложенного по инициативе Д.Н. Прянишникова в 1931 г. на Долгопрудной агрохимической опытной станции (ДАОС), являлось изучение состояния микробного сообщества сильнокислой тяжелосуглинистой дерново-подзолистой почвы, типичной для Центрального Нечерноземья, после длительного, на протяжении 76 лет применения навоза и минеральных удобрений, а также периодического известкования.

Весной 2009 года с делянок двух несмежных повторений опыта на одном из полей отобраны представительные почвенные образцы. Программа микробиологических исследований включала в себя: учет численности сапротрофов на МПА, аэробных целлюлозоразлагающих микроорганизмов на среде Гетчинсона и определение их активности, микроскопических грибов на СА и аэробных свободножи-вущих азотфиксаторов на среде Эшби. Активность целлюлозолитических микроорганизмов, как аэробных, так и анаэробных, определяли по степени разложения кружков фильтровальной бумаги.

Микробиологические исследования выявили вполне определенную связь между определявшимися показателями биологической активности и изменениями агрохимических свойств почвы под влиянием систематического применения удобрений и периодического известкования. Общая численность сапротрофных микроорганизмов оказалась значительно выше в длительно удобрявшейся почве по сравнению с контролем. Это обусловлено значительно большим поступлением органического вещества в составе ПКО, а также навоза при органической системе удобрения возделываемых культур под влиянием удобрений, более высоким содержанием Сорг и особенно Слов, количество последнего было в 2.5 и 2,0 раза выше соответственно при органической и минеральной системе удобрений, чем в почве контрольного варианта. Количество аэробных целлюлозолитических микроорганизмов варьировало между вариантами в широком интервале. Однако активность целлюлозоразлагающих микроорганизмов была более выражена в систематически удобрявшейся почве, особенно в вариантах со внесением навоза. Численность микроскопических грибов закономерно изменялась по вариантам опыта в зависимости от степени кислотности почвы, и была выше в контрольном варианте и при минеральной системе удобрений без известкования, практически во всех вариантах доминировали микромицеты р. Penicillium. На среде Эшби бактерии рода Azobacter не были обнаружены вследствие сильнокислой реакции среды во всех вариантах опыта, из свободноживущих азотфиксаторов преобладали бактерии р. Clostridium.

Разработка органической системы удобрения (биологизации севооборота), повышающей плодородие дерново-мелкоподзолистой среднесуглинистой почвы и продуктивность культур полевого севооборота

Отчёт 72 с., 21 табл., 13 рис., 177 источников, 2 прил.

РАЗРАБОТКА ОРГАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УДОБРЕНИЯ (БИОЛОГИЗАЦИИ СЕВООБОРОТА) ПОВЫШАЮЩЕЙ ПЛОДОРОДИЕ ДЕРНОВО–ПОДЗОЛИСТОЙ СРЕДНЕСУГЛИНИСТОЙ ПОЧВЫ И ПРОДУКТИВНОСТЬ КУЛЬТУР ПОЛЕВОГО СЕВОООБОРОТА

Ключевые слова: плодородие, дерново-подзолистая почва, органическая продукция, сидерат, солома, органическое производство, залежная почва, биопрепарат.

Объектами исследований являются дерново–подзолистые почвы и культуры севооборота, возделываемые на них.

Цель работы – разработать органическую систему применения удобрения, обеспечивающую сохранение плодородия дерново-подзолистых почв Среднего Предуралья и получение продукции хорошего качества. Изучить особенности изменения эколого-агрохимических свойств дерново-подзолистых почв при освоении залежей.

Методы исследований: полевые опыты, производственный опыт, лабораторные исследования.

Впервые в Среднем Предуралье на основании шестилетних исследований (2013-2019 гг.) разработана органическая система удобрений с учётом положительного баланса элементов питания и увеличения биологической активности почв. За счет использования органической системы удобрений на среднеокультуренных дерново-подзолистых почвах Среднего Предуралья содержание органического вещества повышается на 0,2–0,7%, инвертазная активность на 5–10 % по сравнению с минеральной системой применения удобрений.

Использование органической системы удобрения в зернопаровом севообороте позволило получить зерно яровой пшеницы с содержанием сырого протеина 20,9 % и сырой клейковины 19,5 %, что соответствует третьему классу по требованиям ГОСТ Р 9353–2016.

Использование органической системы удобрения обеспечило получение качества зерна овса на одном уровне с органоминеральной системой. Содержание сырого протеина составило – 10,9 %, сырой клетчатки – 12,0 % и сырой золы – 3,2 %.

Органическая система удобрения в сидеральном севообороте позволяет получить сено клевера 1 г.п. (1 укос) с содержанием каротина 71,3 мг/кг и сырого протеина 13,5 %.

Экономическая эффективность от внедрения составила 8,86 тыс. руб./га, при оценке дерново–подзолистой почвы с учетом полученного уровня плодородия (суммарного агрохимического показателя), рассчитанного по разнице в стоимости участков с использованием предложенной разработки и без нее.

Нормативные ссылки

В настоящем отчёте о научно–исследовательской работе использованы ссылки на следующие стандарты и нормативные документы:

1. ГОСТ 26207–91. Почвы. Определение подвижных форм фосфора и калия по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО.
2. ГОСТ 26212–91. Почвы. Определение гидролитической кислотности по методу Каппена в модификации ЦИНАО.
3. ГОСТ 26483–85. Почвы. Определение рН солевой вытяжки, обменной кислотности, обменных катионов, содержания нитратов и обменного аммония и подвижной серы методами ЦИНАО.
4. ГОСТ 27821–88. Почвы. Определение суммы поглощенных оснований по методу Каппена.
5. ГОСТ 29269–91. Почвы. Общие требования к проведению анализов.
6. ГОСТ 26489–85 Почвы. Определение обменного аммония по методу ЦИНАО.
7. ГОСТ 26951–86. Почвы. Определение нитратов ионометрическим методом.
8. ГОСТ 26107–84. Почвы. Методы определения общего азота.
9. ГОСТ 26213–91. Почвы. Методы определения органического вещества.
10. ГОСТ 26488–85. Почвы. Определение нитратов по методу ЦИНАО.
11. ГОСТ 28168 – 89. Почвы. Отбор проб.
12. ГОСТ 28268–89. Почвы. Методы определения влажности, максимальной гигроскопической влажности и влажности устойчивого завядания растений.
13. ГОСТ Р 9353–2016. Пшеница. Технические условия.
14. Постановление Правительства РФ от 14 июля 2012 г. N 717 “О Государственной программе развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013 – 2020 годы”
15. Указ Президента РФ от 01.12.2016 г. № 642 «О Стратегии научно–технологического развития Российской Федерации».
16. Федеральный закон от 03.08.2018 N 280–ФЗ «Об органической продукции и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».

Определения

В настоящем отчёте о научно–исследовательской работе применяли следующие термины с соответствующими определениями:

Агрономическая эффективность удобрений и мелиорантов – результат действия удобрений и мелиорантов, выраженный прибавкой натуральной основной продукции или прибавкой основной и побочной продукции пересчитанной в зерновые или кормовые единицы в расчёте на гектар или на единицу удобрения и мелиоранта.

Агрохимическая характеристика почвы – совокупность химических и физико–химических показателей, характеризующих эффективное плодородие почв – уровень обеспеченности с.–х. растений элементами минерального питания и условиями роста.

Азот аммонийный – минеральный азот, находящийся в аммонийной форме.

Азот минеральный – сумма аммонийного, нитратного и нитритного азота почвы, растений или органических удобрений.

Азот нитратный – азот, находящийся в форме нитрат–иона.

Аммоний обменный – аммоний, адсорбированный почвенным поглощающим комплексом, способный к эквивалентному замещению другими катионом.

Аммоний фиксированный – аммоний, закрепленный в межпакетном пространстве трехслойных глинистых минералов.

Биологическая активность почвы – интенсивность микробиологических процессов, протекающих в почве.

Вынос элемента питания растениями – общее количество питательного элемента, содержащегося в основной и побочной продукции, отчуждаемой с поля.

Гумус – часть органического вещества почвы, образующаяся при гумификации органических остатков.

Деградация почвы – ухудшение свойств и снижение плодородия почвы в результате воздействия природных или антропогенных факторов.

Действующее вещество (д.в.)– основной питательный элемент, содержащийся в удобрениях.

Доза удобрения (мелиоранта) – количество удобрения (мелиоранта), вносимого под конкретную культуру за один приём, которое выражают: при внесении минеральных удобрений в кг действующего вещества (д.в.) на гектар, в г д.в./м 2 , мг/сосуд и др.; при внесении органических удобрений и мелиорантов в т/га, кг/м 2 , г/сосуд.

Ёмкость катионного обмена почвы – количество катионов адсорбированных почвенным поглощающим комплексом почвы в обменном состоянии.

Загрязнение окружающей среды – поступление в окружающую среду веществ, которые оказывают на неё негативное воздействие.

Загрязнение почвы – содержание в почвах химических элементов, соединений и патогенных организмов в количествах, оказывающих вредное воздействие на состояние растений, здоровье, животных, человека.

Калий почвы обменный – калий, переходящий в раствор при взаимодействии почвы растворами нейтральных солей.

Кислотность почвы – свойство почвы, обусловленное преобладанием в почвенном растворе ионов водорода над гидроксонием, обменных ионов водорода и алюминия в почвенном поглощающем комплексе.

Кислотность почвы гидролитическая – кислотность почвы, проявляющаяся при обработке её раствором гидролитически щелочной соли.

Кислотность почвы обменная – кислотность почвы, проявляющаяся при обработке её раствором нейтральной соли.

Лабильное органическое вещество – растительные остатки разной степени разложения, предгумусовая фракция (детрит) и подвижные формы гумусовых веществ (водорастворимая и слабо закрепленная минеральными соединениями часть гумуса).

Легкоразлагаемое органическое вещество – входит в состав лабильного органического вещества и представлено в виде растительного опада, детрита, остатков почвенных животных и микроорганизмов, а также органических удобрений.

Минерализация органических веществ в почве – микробиологические процессы разложения органических веществ в почве с образованием минеральных соединений.

Минеральные удобрения – удобрения промышленного или ископаемого происхождения, содержащие питательные элементы в минеральной форме (соли).

Окультуривание почвы – совокупность мероприятий, направленных на улучшение агрохимических, агрофизических и биологических свойств почвы.

Органическое вещество почвы – совокупность всех органических веществ, находящихся в форме гумуса и остатков животных и растений.

Основное внесение удобрений – внесение основной массы удобрения до посева и посадки.

Питательный элемент – элемент удобрения, необходимый для роста и развития растений.

Плодородие почвы – способность почвы обеспечивать условия необходимые для жизни растений.

Подкисление почвы – увеличение кислотности почвы, вызванное почвообразовательным процессом, внесением физиологически кислых удобрений, отчуждением оснований с урожаем и другими видами воздействия.

Подкормка растений – внесение удобрений в период вегетации растений.

Показатели плодородия почвы – физические, химические, физико–химические, биологические и другие свойства (параметры) почвы, характеризующие её как среду жизнеобитания растений.

Почвенный поглощающий комплекс (ППК) – совокупность минеральных, органических и органоминеральных частиц твердой фазы почвы, обладающих поглотительной и обменной способностью.

Рядковое внесение удобрений – внесение удобрений при посеве или посадке растений в рядки.

Свойства почвы агрохимические – совокупность химических свойств почвы, определяющих режим питательных веществ, превращение внесенных удобрений и условия питания растений.

Степень насыщенности почвы основаниями – отношение суммы поглощенных оснований к емкости поглощения катионов, выраженное в процентах.

Сумма поглощенных оснований – общее количество поглощенных оснований в почве.

Технология внесения удобрений – комплекс последовательных производственных операций по внесению удобрения.

Токсичность – высокая концентрация элементов в почвенном растворе останавливающая рост корней и вызывающая гибель растений.

Углерод почвы общий – валовое содержание углерода в почве.

Углерод почвы органический – содержание органического углерода в почве.

Удобрение – вещество, используемое для питания растений и воспроизводства плодородия почвы.

Формы элементов подвижные – формы химических элементов, извлекаемые из почвы или субстратов различными вытяжками.

Элемент питания – химический элемент, необходимый для роста и развития растений.

Обозначения и сокращения

В настоящем отчете применяли следующие обозначения и сокращения:

°С – градус Цельсия;

Fтеор., Fфакт. – критерии Фишера;

r – коэффициент корреляции;

S – сумма обменных оснований;

V – степень насыщенности почв основаниями;

г/м 3 – грамм на метр кубический;

г.п. – год пользования;

д.в. – действующее вещество;

ЕКО – емкость катионного обмена;

з.ед. – зерновая единица;

к.ед. – кормовая единица;

м 2 – квадратный метр;

Нг – гидролитическая кислотность почвы;

НСР₀₅ (НСР_0,95) – наименьшая существенная разность для 5 % уровня значимости;

рН_KCl – обменная кислотность почвы;

рН_H2O – актуальная кислотность почвы;

Введение

Принятие Федерального закона от 03.08.2018 N 280–ФЗ “Об органической продукции и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации” вступающего в законную силу с 1 января 2020 года [1] и определение одним из приоритетных направлений Стратегии научно–технологического развития Российской Федерации о переходе к высокопродуктивному и экологически чистому сельскому хозяйству, продуктов питания (Указ Президента РФ от 01.12.2016 г.) [2] повышают актуальность разработки и внедрения органических систем удобрения в растениеводстве.

Задачи органического земледелия не ограничиваются только получением качественной экологически чистой продукции, но и обеспечением устойчивости агроэкосистем, сохранением и расширением воспроизводства почвенного плодородия, что достижимо за счет биологизации растениеводства, основанного на принципах максимально возможного применения возобновляемых биоресурсов: сидеральных паров, посева бобовых трав и бобово–злаковых травосмесей, запашки соломы, пожнивно–корневых остатков и различных органических удобрений.

1. Вместе с тем остается актуальным вопрос предотвращение выбытия земель сельскохозяйственного назначения, вовлечение залежных земель в сельскохозяйственное производство, разработка программ сохранения и восстановления плодородия почв [3].

Залежные земли являются потенциальным резервом для органического земледелия, поскольку длительное время не подвергались воздействию средств химизации.

Цель настоящей работы – разработать органическую систему применения удобрения, обеспечивающую сохранение плодородия дерново–подзолистых почв Среднего Предуралья и получение продукции хорошего качества. Изучить особенности изменения эколого–агрохимических свойств дерново–подзолистых почв при освоении залежей.

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

1. Дать анализ литературных источников о влиянии удобрений на состояние дерново–подзолистых почв.
2. Разработать органическую систему удобрения по поддержанию бездефицитного баланса элементов питания в дерново–подзолистых почвах Среднего Предуралья.
3. Изучить влияние органической системы удобрения на показатели плодородия дерново–подзолистых почв Среднего Предуралья в сравнении с минеральной и органоминеральной.
4. Проверить качество растениеводческой продукции, полученной с использованием изучаемых систем удобрения.
5. Провести производственную проверку использования элементов органического земледелия для повышения плодородия дерново–подзолистых почв.
6. Изучить влияние видов землепользования на показатели плодородия дерново–подзолистой почвы Среднего Предуралья, оценить возможность использования залежных земель в органическом земледелии.
7. Провести апробацию результатов на научных конференциях и выставках, опубликовать основные положения в печати.

Полученные результаты. В ходе исследований предложены: приёмы, обеспечивающие бездефицитный баланс элементов питания и перечень обязательных мероприятий направленных на получение продукции хорошего качества на дерново–подзолистых почвах Среднего Предуралья; проведена оценка залежных земель для вовлечения в органическое земледелие.

Научная новизна и практическая значимость работы. Впервые в Среднем Предуралье разработана органическая система удобрений и вовлечения залежных земель с учётом положительного баланса элементов питания и увеличения биологической активности почв. За счет использования органической системы удобрений на среднеокультуренных дерново–подзолистых почвах Среднего Предуралья содержание органического вещества повысится на 0,2–0,7%, ферментативная активность на 5–10 % по сравнению с минеральной системой применения удобрений. Дано экологическое обоснование целесообразности возделывания культур с применением органической системы земледелия в регионе.

В настоящем отчете представлены результаты исследований за 2019 год, с учетом научного задела в период с 2013 по 2018 гг.

1 состояние изученности вопроса

1.1 Влияние удобрений на органическое вещество дерново–подзолистых почв

Мировая практика земледелия и многолетние исследования научных учреждений убедительно доказали, что плодородие почвы в значительной мере зависит от содержания органического вещества, так как в органическом веществе сосредоточены основные запасы азота и значительная часть фосфора почвы [4, 5, 6, 7, 8]. И роль органического вещества продолжает неуклонно расти с интенсификацией земледелия [9, 10, 11, 12].

Важная роль органического вещества объясняется его глобальным влиянием на все агрономически важные свойства почвы, ее энергетическую ценность, тесной взаимосвязью превращений с комплексом агротехнических приемов, сложностью воспроизводства в современных системах земледелия. Органическое вещество почвы является регулятором расхода элементов минерального питания, и предотвращает непроизводительные потери продуктов труднорастворимых минеральных удобрений [13, 14, 15, 16, 17, 18].

Запасы и состав органического вещества практически определяют все агрохимические и микробиологические свойства и продуктивность почв. Чем больше запасы гумуса в почве, тем богаче она азотом, фосфором и другими элементами питания растений [13, 19, 20]. Почвы с большим содержанием гумуса биологически активнее: в них выше численность микроорганизмов, более разнообразнее видовой состав, интенсивнее продуцируется СО₂, повышена ферментативная активность. Гумусированные почвы отличаются лучшими физическими свойствами, водно-воздушным и тепловым режимами, они устойчивы к эрозионным процессам. Особенно возрастает роль гумусированности почв при неблагоприятных погодных условиях [21].

Основной фонд пахотных угодий в Предуралье составляют дерново–подзолистые почвы, характеризующиеся низким природным уровнем гумуссированности (1-2%), что обусловлено процессом почвообразования таежно–лесной зоны, при том, что минимально необходимым количеством гумуса для дерново-подзолистых почв считают от 1,8 до 2,5% [22, 23]. Общие запасы гумуса в слое почвы 0–20 см у почв тяжелого гранулометрического состава составляют 60-80 т/га, а легкого, по данным ряда авторов, содержание гумуса варьирует от 15 до 30 т/га [24, 25].

Введение дерново-подзолистых почв в сельскохозяйственный оборот приводит к значительным изменениям и потерям органического вещества [26, 27, 28, 29, 30, 28]. Прежде всего, нарушается установившееся динамическое равновесие, которое выражается в изменении баланса между поступлением и минерализацией свежего органического вещества [32]. Наблюдается усиление разложения негумифицированного органического вещества и собственно гумусовых компонентов почвы, главным образом, активной части. Наибольшие потери органического вещества отмечаются в пахотном слое почвы за счет сокращения поступления растительных остатков и повышения аэрации почвы при распашке целины, что в конечном итоге приводит к усилению процессов минерализацией легкоразлагающихся соединений [33, 34].

В Нечерноземной зоне РФ ежегодная минерализация гумуса при возделывании сельскохозяйственных культур составляет примерно 0,5-0,9 т/га пашни в год. По данным А.В. Захаренко (2004), за последние 25-30 лет дерново–подзолистые пахотные почвы Нечерноземной зоны потеряли порядка 20-30% органического вещества.

Потери гумуса при возделывании зерновых культур составляет в среднем за год 0,3-0,7 т/га, пропашных увеличиваются до 2-2,2 т/га [35]. Максимальные потери гумуса в неудобренном, чистом пару [7, 36, 37, 38]. Потери гумуса в паровых полях без применения органических удобрений в среднем могут достигать 1,5-2,0 т/га в год [8].

Установлено, что для восполнения органического вещества дерново–подзолистых почв одних только послеуборочных растительных остатков недостаточно, требуется дополнительное внесение как органических, так и минеральных удобрений. Кроме того, вопрос о влиянии минеральных удобрений на содержание гумуса и органического вещества в почве остается спорным.

По мнению ряда ученых, минеральные удобрения способствуют минерализации органического вещества и поэтому при их применении наблюдается тенденция к снижению содержания гумуса [39, 40, 41, 42, 43]. Обобщенные данные опытов Л.К. Шевцовой [44] свидетельствуют, что применение минеральных удобрений на дерново-подзолистых почвах снижает содержание гумуса в них на 20-34%. По мнению А. М. Гринченко и др., [45], И.И. Филок и др., [46] на минерализацию гумуса в почве в большей степени воздействуют азотные удобрения. Н.З. Милащенко и др., [47] отмечают, что при разложении гумуса большая часть азота (нитраты) мигрирует вниз по почвенному профилю и является источником загрязнения подземных вод. Внесение больших доз минеральных удобрений ускоряет процесс минерализации гумуса, при этом он теряет свои агробиологические свойства, а почва становится малобуферной, теряется абсорбционная способность и структура.

Другие считают, что за счет роста урожайности культуры, количество поступающих в почву корневых и пожнивных остатков увеличивается, что позволяет минеральным удобрениям поддерживать постоянный уровень содержания гумуса, не компенсируя его потери [44, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54].

Общепризнанным мнением считается, что наиболее рациональным является совместное применение органических и минеральных удобрений [55, 56, 57, 58, 59]. Сочетание органических и минеральных удобрений сопровождается усиленным действием на плодородие почвы, а следствие и на продуктивность севооборота, по сравнению с раздельным их внесением [60]. Д.Н. Прянишников объяснял это, прежде всего улучшением условий питания растений в течение всего периода вегетации растений. Он отмечал, что совместное внесение навоза с минеральными удобрениями «….позволяет обильно снабдить растения усвояемой пищей на первых стадиях развития и дать в то же время в виде навоза резерв постепенно приходящих в действие питательных веществ».

Результаты многолетних исследований В.Ф. Зубенко [1], проводимых на дерново–подзолистых почвах Житомирской станции, так же доказали преимущественную роль совместного применения органических и минеральных удобрений. Положительный баланс органического вещества, при котором имеет место увеличение содержания гумуса в почве (на 0,21-0,24 %), наблюдалось в вариантах, где применялись органические удобрения в дозах 10 и 20 т/га и минеральные N₁₅P₃₁K₃₁ и N₃₀P₄₅K₄₅. В опыте Н.Е. Завьяловой [23], проводимом на дерново-подзолистой почве, доказано, что совместное применение органических и минеральных удобрений (NPK₆₀) повышает уровень гумусированности почвы до 2,29 %.

Н.С. Матюк и др., [61] установили, что совместное применение минеральных и органических удобрений в составе пожнивного сидерата и соломы позволило сбалансировать процессы минерализации и гумификации в пахотном слое почвы различных видов органического вещества. При использовании одной минеральной системы удобрения, а также в вариантах без удобрений, где единственным источником органического вещества являются лишь пожнивно-корневые остатки, преобладают процессы минерализации, что подтверждается и более высокими значениями относительного показателя минерализации – 1,54 и 1,42 соответственно.

Для Нечерноземной зоны при использовании органической системы удобрения многие ученые рекомендуют вносить 10–20 т/га навоза в год, для Черноземной – 5-7 т/га [5, 10, 62, 63]. В среднем по зонам РФ варьирование дозы составляет ± 7-7,5 т/га. Другие исследователи рекомендуют разовое внесение более высоких доз органических удобрений – до 60-100 т/га. [64]. Обеспечить такую потребность в органических удобрениях за счет навоза в современных условиях не представляется возможным, более того, с технической точки зрения это сложная задача [65, 66].

Вопреки устоявшемуся стереотипу, навоз не относится к единственному источнику повышению содержания органического вещества и накопления гумуса в почве. В условиях недостаточного применения минеральных и органических удобрений особое внимание следует уделить использованию в севооборотах зеленого удобрения [6, 42, 67, 68, 69, 70, 71, 72].

В России сидеральные культуры довольно хорошо изучены [73, 74, 75, 76, 77, 78].

Мнение исследователей о влиянии зеленого удобрения на органическое вещество почвы противоречивы. По мнению В.Д. Голубева [79], противоречивость полученных результатов исследований о влиянии зеленых удобрений на содержание гумуса в почве обусловлена многими причинами, но прежде всего различиями почвенно–климатических и агротехнических условий, определяющих интенсивность разложения органического вещества сидерата. Одни считают, что это агроприем приводит к увеличению, другие – к снижению содержание гумуса [80]. Это противоречие мнений о роли влияния сидеральных культур на плодородие почвы и продуктивность культур севооборота требует дальнейшего изучения и уточнения для Нечерноземной зоны РФ.

Биомасса зеленого удобрения содержит столько же азота, сколько подстилочный навоз, но несколько меньше – фосфора и калия [81, 82]. Так, зеленая масса донника в среднем содержится азота 0,7–0,8 %, фосфора 0,05 %, калия 0,20 % и 0,9–1,0 % кальция [83, 84]. При этом возделывание сидератов обеспечивает поступление в почву органического вещества, заменяющего около 30–50 т/га подстилочного навоза [85, 86]. По данным Е.П. Харламова [87],а запашка 20–30 т зеленой массы сидеральных культур заменяет внесение 15 т/га компоста. С.С. Сдобников [88], И.А. Чуданов [89] сошлись во мнении, что по своему удобрительному действию запашка зеленой массы сидеральных культур равноценно средним дозам навоза и восполнение запасов органического вещества в почве происходит с минимальными трудозатратами.

Ю.А. Малышева [90] в своих исследованиях установила, что введение в севооборот сидерального пара способствует повышению содержания гумуса в год запашки сидератов и в последействии на 10–20% по сравнению с чистым паром. Л. Трипольской и др. [91] так же установлено, что в условиях промывного водного режима почв внесение зеленого удобрения позволяет поддержать стабильный баланс гумуса в зерновых агрофитоценозах.

Другим немало важным источником органического вещества является солома. На современном этапе в структуре посевных площадей в производстве зерна преобладают зернобобовые и зерновые культуры. Получаемая побочная продукция позволяет компенсировать часть недостающего количества органических удобрений, в частности, соломой зерновых культур (Дедов А.В., 2012; Безлер Н.В., 2013) [92, 93].

По данным В. Г. Лошакова [94], в почву заделывается только 40–45% от общего количества соломы. После уборки зерновых культур солому скирдуют на окраинах полей, так она храниться порядка 2–3–х лет с надеждой на дальнейшее хозяйственное использование, но многие хозяйства отказываются её использовать на удобрение, предпочитая сжигать её. В.Р. Вильямс [95] считал, что вредные последствия сжигания могут превзойти всякие ожидания: «Сжигание стерни приводит к быстрой и полной минерализации всех пожнивных остатков, – писал он, – весь запас зольных элементов мертвого органического вещества растений чрезвычайно быстро обращается в минеральные соли, которые столь же быстро выщелачиваются». Сжигание 40–50 ц стерни и соломы приводит к потере до 20–25 кг/га азота и 1500–1700 кг углерода и приводит к непоправимому ущербу окружающей среде и плодородию почвы. Внесение же 1 тонне соломы по удобрительной ценности эквивалентно 2–3 т полуперепревшего навоза, что определяет её высокую удобрительную ценность [96, 97].

Использование соломы в качестве удобрения позволяет агрофитоценоз по своим трофическим связям приблизить к системе природного ценоза.

При этом, ряд соображений агрономического и организационно–экономического характера: обеспечение почвы органическим веществом, улучшение её биологических и физико–химических свойств, сокращение производственных затрат благодаря исключению работ по уборке, перевозке, погрузке и разгрузке соломы, разбрасыванию подстилки и удалению навоза из стойл, его погрузке и разгрузке, укладыванию в штабели и разбрасыванию по полю позволяет судить о целесообразности и создании условий эффективного применения соломы в качестве удобрения [98, 99, 100].

Из применяемых в настоящее время удобрений солома содержит наибольшее органического вещества. В 1 тонне навоза (при влажности 85%) содержится около 270 кг органического вещества, а в 1 тонне соломы – 800 кг. Принято считать, что при урожайности зерновых 3,0 т/га в почву с соломой возвращается до 3200 кг органического вещества, при этом в пахотном горизонте происходит его накопление от 200 до 250 кг/га [101].

Солома подвергается процессам гумификации в почве, тем самым увеличивая или же поддерживая его содержание на исходном уровне [102, 103, 104].

Ежегодная запашка 3 т/га соломы покрывает естественные потери органического вещества, а внесение 5–6 т/га соломы создает предпосылки для увеличения количества гумуса в почве [105].

В опытах Высшей сельскохозяйственной школы (г. Брно, Чехия) установлено, что ежегодное внесение в почву соломы ярового ячменя при его бессменном выращивании в течение пяти лет имело преимущество по сравнению со сжиганием и увеличивало содержание гумуса. Положительное влияние запашки соломы в почву установлено и 10–летними исследованиями научных учреждений земли Гессен (Германия), где этот агроприем позволил не только поддерживать бездефицитный баланс гумуса в почве, но и повысить его содержание [106].

Исследованиями А.В. Дедова и др.[92] доказано, что запашка 5 т/га соломы в севообороте с кукурузой на силос приближало баланс гумуса к бездефицитному. В севообороте с сахарной свеклой внесение соломы снижало потери гумуса на 0,11 %. По данным Н.А. Максютова и др. (2011), внесение соломы в паровое поле позволяет сохранить положительный баланс гумуса.

В исследованиях, проведенных в Северо–Западном НИИСХ (1988), при применении соломы в количестве 4–5 т/га ежегодно совместно с минеральными удобрениями за 6 лет увеличилось содержание гумуса в дерново–подзолистых легкосуглинистых почвах с 1,48 до 1,70%.

Эффективность удобрения соломой заметно возрастает при сочетании её с 10–12 кг минерального азота на 1т соломы. Добавление к соломе минеральных удобрений увеличивает скорость разложения в 1,4 – 1,5 раза [92]. Это наглядно видно из результатов опытов Н. Maeder (1990), где через 8 месяцев целлюлоза ржаной соломы без добавления азота разлагается на 4 %, а с добавлением азота – почти полностью. Лигнин без добавления азота разлагается на 24 % и при добавлении – на 50%.

Несмотря на многочисленные исследования о ценности различных видов органических удобрений, в полученных результатах имеются некоторые противоречия, что свидетельствует о недостаточной изученности данного приема обогащения почвы органическим веществом

1.2 Влияние удобрений на агрохимические показатели и биологические свойства дерново–подзолистых почв

В Нечерноземной зоне дерново–подзолистые почвы являются основной пахотного фонда земель и занимают около 80 % всей площади пашни Пермского края. Эти почвы, характеризуются повышенным содержанием подвижных форм марганца и алюминия, недостатком питательных веществ, низкой микробиологической активностью, имеют кислую реакцию (рН = 4 – 4,5), значительную обменную кислотность (1–2 мг–экв. на 100 г почвы), низкие (5 – 15 мг–экв. на 100 г почвы) ёмкость поглощения и степень насыщенности основаниями [107, 108, 109].

Реакция почвенного раствора – весьма существенный фактор плодородия. Использование различных систем удобрений приводит к выраженной дифференциации агрохимических свойств почвы. В результате интенсивного использования сельскохозяйственных угодий, резко повышается расход кальция и магния из почв, что приводит к усилению процесса подкисления [12, 110].

Ряд исследователей отмечают, что возделывание сельскохозяйственных культур без внесения удобрений, как и несбалансированное питание, негативно влияет на почвенное плодородие дерново–подзолистых почв [53, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117]. Минеральные удобрения, как правило, приводят к повышению урожайности сельскохозяйственных культур, приводя к ухудшению физико–химические свойства почвы. Подтверждением являются результаты опыта Н.Т. Чеботарева и др. [57]: использование минеральных удобрений в дозе N₆₀P₇₅K₇₅ на дерново–подзолистой среднесуглинистой почве без внесения органических удобрений способствовало повышению рН_KCL с 4,3 до 4,0.

Заметные изменения кислотно–основных свойств почвы в сторону подкисления в вариантах с ежегодным односторонним применением минеральных форм удобрений – 0,30 ед. приводит И.В. Русакова [118].

В опыте О.В. Чухиной и др. [108] применение минеральной системы удобрения, отмечены вполне ожидаемые закономерности: увеличение гидролитической кислотности на 0,4 мг–экв/100 г почвы и тенденция к снижению суммы поглощенных оснований на 0,2 мг–экв/100 г почвы в пахотном слое.

Общепризнанным считается, что совместное внесение минеральных и органических удобрений не приводит к подкислению почвенного раствора. Исследования О.В. Чухиной и др. [108] показывают, органоминеральная система удобрений имела преимущества перед минеральной, так как обеспечивала более низкую гидролитическую кислотность – меньше 0,9–1,0 мг–экв./100 г почвы и существенно больше сумму поглощенных оснований – на 4,2–4,4 мг–экв./100 г почвы в пахотном слое, показатель рН был равен 5,1 как перед закладкой, так и по окончании 10 лет исследований.

Схожие результаты представляют А.С. Башков и др., [58]. При использовании органической системы удобрения выражено снижение гидролитической кислотности на 1,2 мг–экв./100 г почвы. Минеральные удобрения существенно подкисляют почву; снижение рН_КСl составило 0,53 единицы, а увеличение гидролитической кислотности – на 0,6 м–моль/100 г почвы в сравнении с почвой контрольного варианта. Применение органо–минеральной системы удобрения показало значительное достоверное увеличение рН_KCl – на 0,74 и 0,54 единицы относительно контроля. Д.Н. Прянишников считал, что при сочетании удобрений гуминовые вещества навоза, обладающих высокой буферностью и поглотительной способностью, соответственно сдерживают сдвиг реакции, способствуя понижению концентрации солей и поддержанию реакции среды на нужном уровне, страхуя тем самым требовательные культуры от неблагоприятных воздействий.

Обеспеченность почвы доступными элементами питания растений – так же является одним из показателей ее плодородия.

Непосредственным источником фосфорного питания растений служат фосфат–ионы, находящиеся в почвенном растворе, поэтому концентрация фосфора в почвенном растворе – наиболее важный показатель не только оценки обеспеченности растений фосфором, особенно в начальные стадии их роста и развития, а так же и общего плодородия почвы [119].

Как известно, содержание подвижного фосфора в почве без внесения удобрений снижается. О.В. Чухина и др., [108], Е.М. Митрофанова и др., [120] отмечают снижение содержания подвижного фосфора на 15 % при использовании пашни в течение 20–ти лет без внесения удобрений.

При внесении фосфорсодержащих удобрений при взаимодействии их с почвой происходит накопление остаточных фосфатов и увеличивается степень их подвижности. При этом рекомендуется вносить удобрения систематически, в дозах, превышающих вынос фосфора растениями [121, 122].

Внесение органических удобрений 1 раз за ротацию 6–ти польного севооборота в дозах 40 и 60 т/га способствует накоплению подвижных фосфатов на 15–24 %. Систематическое применение минеральных удобрений способствует достоверному увеличению содержания этого элемента и составляет 26 %. Максимальное же увеличение содержания подвижного фосфора в почве на 42–88 % обеспечивает внесение органических удобрений на фоне N₆₀P₆₀K₆₀ [120].

В опыте И.В Русаковой [118] органоминеральная система удобрения немного уступает по накоплению подвижного фосфора минеральной системе: 106 и 127 мг/кг соответственно.

Ряд авторов отмечают, что применение только одних органических удобрений не достаточно для улучшения фосфатного состояния почвы, увеличение содержания находится на уровне тенденции и статистически не значимо [118, 120]. Очевидно, это явление связано с тем, что фосфор в органических удобрениях находится в органической форме и медленно минерализуется.

Основным показателем обеспеченности растений калием принято считать содержание его в почве в обменной форме.

Дерново–подзолистые почвы характеризуются невысоким содержанием обменного калия и его содержание устойчиво снижается. Ежегодный дефицит в земледелии варьирует от 16 до 30 кг/га в связи с тем, что калий занимает лидирующие позиции среди других элементов–биофилов по выносу с урожаями культур.

А.Г. Гриньков [123] считает, что увеличение обменного калия в почве происходит интенсивнее при применении органических удобрений по сравнению с калийными минеральными. По его мнению, для увеличения обменного калия в дерново–подзолистых почвах на 1 мг на 100 г почвы требуется внести от 20 до 80 кг/га К₂О сверх выноса урожаем.

В.У. Пчелкин [124], Н.Г. Беляев [125], К.А. Гаврилов и др. [122], считают что положительный баланс и заметное увеличение калия, возможно получить только при использовании высоких доз калийных удобрений – 120 кг/га.

Однако большинство авторов придерживаются общепринятого мнения, что совместное применение органических и минеральных удобрений способствуют повышению урожайности культур и увеличению обменного калия в почве.

Так в опыте В.И. Титовой [126], минимальное содержание К₂О в почве отмечено на безудобренном варианте (76 мг/кг). В вариантах с внесением азота, фосфора и их совместного внесения оно повышалось до среднего уровня обеспеченности. Внесение калия, в том числе и в составе навоза, значительно увеличивало обеспеченность почвы калием, в большей степени при совместном внесении NPK и навоза – 164 мг/кг.

Наряду с физико–химическими свойствами почвы, характеризующих почвенное плодородие, существует ещё и биологические, а именно биологическая активность почвы.

Биологическая активность почвы характеризуется взаимодействием обитающих в ней живых организмов с почвенной средой (в 1 г хорошо окультуренной почвы количество их может достигать нескольких миллиардов, а общая масса – до 10 т/га) [127]. Для комплексной оценки биологической активности почв используют микробиологические (численность, состав различных групп микро– и мезоорганизмов, биомасса микроорганизмов и т.д.) и биохимические (уровень ферментативной активности, нитрификационная способность, целлюлолитическая активность, «дыхание» почвы и т.д.) показатели [128].

Дерново–подзолистые почвы характеризуются низкой биологической активностью. Объясняется это высокой кислотностью почв, бедностью органическим веществом и азотом. Низким содержанием подвижных форм фосфора и калия, слабой насыщенностью основаниями [129, 130, 131]. Внесение удобрений в почву оказывает существенное влияние на биологическую активность почв. Результаты исследований по длительному влиянию применения органических и минеральных удобрений и их сочетаний на биологическую активность почвы противоречивы.

Влияние минеральных удобрений на микроорганизмы почвы очень сложный процесс и зависит от многочисленных факторов: видов, доз и соотношений удобрений, продолжительности их действия, агрохимических свойств почвы, её влажности, буферности, возделываемых культур и т.д. [132]. Так как минеральные удобрения, являются определяющим фактором биологической активности почвы и ее биодинамики, именно они являются предметом исследования многих авторов. Но так как данная проблема, является многогранной и сложной, то в литературе нет единого мнения об их влиянии на состав и активность почвенных микроорганизмов.

Большинство исследователей отмечают положительное влияние минеральных удобрений на интенсивность биологических процессов почвы [133, 134, 135, 136, 137].

Стимулирующий эффект минеральных удобрений отмечен Е.Н. Мишустиным [130]. Внесение минеральных удобрений в почву, находившуюся все время в состоянии пара, заметно увеличило общую биогенность. Под кормовой свеклой (предшественник озимая пшеница, высеваемая по обороту пласта многолетних трав), на фоне (NPK)₆₀ было в два раза больше бактерий, 1,5 – грибов, и в 3 раза – актиномицетов по сравнению с неудобренным вариантом. При этом он отмечает, что благотворное влияние получено при внесении умеренных доз и угнетающее действие от большого количества минеральных удобрений (N₁₈₀Р₁₆₀К₁₈₀). Высокие дозы минеральных удобрений оказывают ингибирующее действие на разложение клетчатки в дерново–подзолистых почвах. Следовательно, даже разовое внесение минеральных удобрений в повышенных и высоких дозах может приводить к существенным изменениям показателей биологической активности почвы, изменять микробоценоз в год их внесения.

Наряду с этой оценкой ряд исследователей отмечают негативное влияние систематического применения минеральных удобрений на физико–химические свойства почвы, изменение которых вызывает снижение микробиологической и ферментативной активности [129, 138, 139].

В большинстве случаев в результате внесения одних минеральных удобрений наблюдается подкисление почвы, которое отрицательно влияет на развитие актиномицетов и усиливает размножение грибов.

В нашей стране и за рубежом установлено, что внесение малых доз удобрений, особенно на фоне извести, не только не угнетало, а, напротив, увеличивало численность агрономически важных физиологических групп почвенных микроорганизмов – аммонифицирующих, нитрифицирующих, денитрифицирующих бактерий и целлюлозоразрушающих микроорганизмов, повышало ферментативную активность почв и интенсивность продуцирования почвенного углекислого газа. По мнению Л.А. Карягиной [131], длительное внесение минеральных удобрений не снижает общую биогенность почвы на фоне извести, а при благоприятных погодных условиях существенно увеличивает численность бактериальной микрофлоры, особенно аммонифицирующих микроорганизмов. Количество целлюлозоразлагающих микроорганизмов в этих условиях увеличивалось идентично внесению в почву органических и смешанных удобрений.

Ряд авторов [128, 140] отмечают, что органические удобрения, в том числе солома, повышают уровень биогенности почв. В большинстве случаев отмечалось достоверное увеличение численности аммонифицирующих, целлюлозоразлагающих и нитрифицирующих микроорганизмов [141]. В.М. Чикановой [142] установлено, что биогенность дерново–подзолистой почвы и соотношение в ней отдельных групп микробного центра коррелятивно связаны с применением органических и минеральных удобрений: внесение органического удобрения оказывает активизирующее влияние на развитие бактерий и актиномицетов, снижает количество плесневых грибов, а при органо–минеральной системе удобрения повышается активность споровых аммонификаторов и целлюлозоразрушающих микроорганизмов.

Аналогичные результаты получены в опыте Н.И. Владыкиной (2014), где в качестве органических удобрений использовали навоз и солому зерновых культур. Исследования показали, при внесении соломы на фоне навоза (60 т/га) активность целюлозоразлагающих микроорганизмов повысилась к концу первой ротации на 10,6%, к концу второй – 20,6%.

Совместное внесение невысоких доз минеральных удобрений с навозом или любым другим видом органического удобрения в основном способствует повышению биологической активности почв благодаря усилению в них микробиологических процессов.

Совместное внесение соломы и минеральных удобрений приводит к увеличению микробиологической активности почвы в 2,5 раза, при этом вдвое увеличилось активность уреазы и инвертазы, а каталазы – в 1,2–1,5 раза. Максимальная биологическая активность почвы отмечается на 2–й год после внесения соломы.

Таким образом, анализируя вышеизложенное можно сделать вывод, что внесение навоза – один из лучших способов улучшения биологических свойств почвы, ценность которого возрастает особенно после длительного применения минеральных удобрений, что обуславливает повышенную минерализацию органического вещества. Поскольку в современных условиях количество навоза ограничено, необходимо использовать другие источники, способные обогащать почву органическим веществом – органические отходы сельского хозяйства, промышленности, побочная продукция и т. д.

Имеющиеся в литературе сведения свидетельствуют о высокой эффективности применения удобрений под зерновые культуры на дерново–подзолистых почвах. Однако данные по оптимизации совместного внесения минеральных и органических удобрений в Пермском крае ограничены. В связи с этим возникает необходимость более детального исследования эффективности доз минеральных удобрений по различным парам, а также внесение соломы при возделывании озимой ржи и яровой пшеницы в звене севооборота, их влиянии на качество зерна и экономическую эффективность.

2 УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Методика полевых исследований

Для решения поставленных задач в 2019 году продолжены исследования в стационарном опытах (шестипольных севооборотах), заложенных в 2013-2015 гг. на учебно–научном опытном поле ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ. В 2019 г были отобраны и проанализированы почвенные образцы на первой и второй закладках севооборота. На второй закладке севооборота проведён учёт урожая последней культуры севооборота и определено качество полученной продукции.

Объекты исследований – озимая рожь, яровая пшеница, клевер 1 г.п., ячмень, овёс и дерново–мелкоподзолистая среднесуглинистая почва. В опыте высевались сорта, районированные в Пермском крае.

Влияние систем удобрения на продуктивность, качество культур и изменение свойств дерново–мелкоподзолистой среднесуглинистой почвы изучали по следующей схеме:

Фактор А – вид севооборота : А₁ – сидеральный; А₂ – зернопаровой.

В – система удобрения

В₁ – без удобрений

В₂ – органическая (запашка соломы озимой ржи)

Основная и предпосевная обработка почвы общепринятая для Пермского края. После уборки озимой ржи, измельченная солома (комбайн с соломорезом) запахивалась. Опыт 2–х факторный, повторность опыта 4–х кратная. Расположение делянок систематическое в 2 яруса (методом расщепленной делянки). Площадь делянки первого порядка – 150 м 2 , второго – 75 м 2 .Учетная площадь 40 м 2 . Удобрения в опыте вносили вручную весной разбросным способом под предпосевную культивацию. Из удобрений использовали аммонийную селитру, двойной суперфосфат и калий хлористый.

Оценку целлюлолитической активности почвы определяли методом «аппликации». Льняные полотна помещали в почву на 30 дней через неделю после посева.

Уборку и отбор проб для анализа проводили в фазе полной спелости культуры прямым методом учета урожая. Все работы, связанные с проведением опыта, осуществляли в соответствии с требованиями методик [143].

В 2019 г. на территории ООО «Птицефабрика «Менделеевская» проведен производственный опыт по использованию компоста марки «Компост–М» производимого по ТУ 20.15.80–041–05107346–2018 на основе куриного помета, как элемента органической системы удобрения на дерново–подзолистой среднесуглинистой почве.

В опыте изучали 2 варианта: контроль (без внесения удобрений) и с внесением компоста с дозой внесения 90 кг/га рассчитанной по азоту. Исследования проводили на двух смежных участках площадью 100 га при выращивании кукурузы на зеленую массу. Компост вносили под зяблевую вспашку в 2018 г., образцы почвы для анализов отбирали в августе 2019 г.

2.2 Условия проведения опыта

Урожайность сельскохозяйственных культур во многом зависит от условий почвенного плодородия. Опыты проведены на наиболее распространенной в Пермском крае дерново–мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почве. По данным Т.В. Вологжаниной [144], Т.В. Вологжаниной и др. [145, 146] около 69,8 % пахотных земель области занимают дерново–подзолистые почвы разной степени оподзоленности и разного гранулометрического состава. Морфологическая характеристика разреза представлена в приложении 1, а её агрохимическая характеристика по горизонтам представлена в таблице 1.

Таблица 1 – Агрохимическая характеристика дерново–мелкоподзолистой среднесуглинистой почвы

По данным таблицы 1 можно отметить, что почва опытного участка имеет среднюю обеспеченность подвижным фосфором и повышенную обменным калием. Реакция среды слабокислая.

Ежегодные наблюдения показывают, что метеорологические условия вегетационного периода оказывают значительное влияние на урожайность и качество возделываемых культур. Они являются одним из главных факторов, которые определяют наступление и продолжительность фаз вегетации, что сказывается на формировании структуры урожайности, а, следовательно, и урожая в целом.

Климат Предуралья континентальный с продолжительной холодной снежной зимой и теплым коротким летом. Пермский район, где расположено опытное поле, относится к IVб агроклиматическому району. Район умеренно теплый, влажный. Лето умеренно теплое, средняя температура июля 16,5–18,5 О С. Продолжительность безморозного периода 100–110 дней (с 25–31 мая по 9–13 сентября). Продолжительность десятиградусного периода около 111–119 дней. Сумма активных температур составляет 1600–1800 О С, ГТК – 1,4. Средняя температура самого холодного в году месяца – января –15–16 О С. Средняя из наибольших декадных высота снежного покрова за зиму в поле равна 50–70 см. Правда, погодные условия конкретных лет чаще всего не совпадают со средне многолетними, что влечёт за собой ежегодные колебания урожайности при одном и том же уровне агротехники и плодородии почвы [147], что подтвердилось и в годы проведения исследований. По результатам опытов, проведенных П.П. Романовым [148] было установлено, что увеличение количества осадков за вегетационный период приводит к снижению оптимальной густоты продуктивного стеблестоя и массы зерна с растения.

На разложение и гумификацию органического вещества влияют в совокупности, как температура, так и влажность. Это подтверждает опыт П.С. Костычева в обработке В.Р. Волобуева [149]. Выяснено, что наиболее полное разложение органического вещества происходит при влажности почвы 60–65% и температуре почвы 45–50 о С. Если данные гидротермические условия выходят за эти пределы, то минерализация органического вещества задерживается.

Метеоданные температуры и осадков в сравнение со среднемноголетними данными представлены на рисунках 1 и 2.

Рисунок 1 – Среднемесячная температура 2014–2019 гг. в сравнении со среднемноголетними данными

Рисунок 2 – Среднемесячная норма осадков 2014– 2019 гг. в сравнении со среднемноголетними данными

Среди представленных водно–термических условий стоит отметить, что в 2014 году середина периода вегетации характеризовалась относительно низкими температурами. В 2015 году первая половина вегетационного периода характеризовалась высокими температурами и низким количеством осадков, а во второй половине наблюдалось аномально большое количество осадков и более низкие температуры. Также стоит отметить 2016 год, среднемесячная температура была выше среднемноголетней на протяжении всего вегетационного периода, а количество осадков было очень низким. В 2017, 2018 и 2019 гг. характеризовались избыточным количеством осадков. Также нужно сказать, что в 2015, 2017, 2018 и 2019 гг. были отмечены высокие показатели ГТК, что говорит о том, что в данные годы климат был прохладным и очень влажным, а 2016 год наоборот характеризовался очень сухим и жарким климатом (ГТК:2014 г. – 1,3; 2015 г. – 1,9; 2016 г. – 0,8; 2017 г. – 1,9, 2018 г. – 2,1; 2019 – 2,7).

Исследования по изучению влияния видов землепользования на показатели плодородия дерново–подзолистой почвы проводили в условиях опытного поля Пермского НИИСХ в различных биогеоценозах: пашня (чистый пар) – пашня (бессменный ячмень) – пашня (ячмень в севообороте) – залежь 37 лет – коренной лес (более 100 лет). Почва исследуемого участка – дерново–слабоподзолистая тяжелосуглинистая сформированная на покровных отложениях красноцветной бескарбонатной глины. Исследуемый участок расположен в с. Лобаново Пермского района Пермского края на очень пологом длинном склоне северо–восточной экспозиции.

В литературе используются различные определения термина «залежь». В настоящей работе использовали геоботанический подход Д.И. Люри с соавторами [150, с. 6], по которому залежь – это «… природная экосистема, которая когда–то (более года назад) использовалась для возделывания сельскохозяйственных культур, но с тех пор выведена из оборота, и сейчас на ней происходит восстановление природных экосистем посредством естественных сукцессионных процессов или в результате искусственной рекультивации».

Отбор образцов проводили в узлах гексагональной 7–ми точечной решетки с расстоянием от центрального узла решетки до периферических – 7 м. С пашни образцы отбирали с глубины 5–25 см, а в лесу с гумусовых горизонтов.

Агротехника культур выращиваемых на пашне общепринятая для центральной зоны Пермского края. Удобрения на пашне в период ведения севооборота (37 лет) не вносились.

Дыхательную активность определяли путем адсорбции СО₂ с поверхности почвы по методу В.И. Штатнова в дополнении Б. Н. Макарова (1975) [151].

2.3 Методика полевых и лабораторных наблюдений и исследований

Для полной морфологической и агрохимической характеристики почвы был заложен почвенный разрез (приложение 1). Отбор почвенных образцов проводили в соответствии с ГОСТ 28168–89. Предварительную пробоподготовку почвенных образцов проводили согласно рекомендациям Международной организации по стандартизации (ИСО 11464).

Лабораторные анализы почвенных образцов проводили по следующим методикам:

• содержание гумуса по Тюрину [150];
• обменной кислотности рН_КСl [153];
• гидролитическая кислотность по Каппену [154];
• подвижный фосфор и обменный калий по Кирсанову [155];
• сумма поглощенных оснований по Каппену–Гильковицу [156];
• определение нитратного азота в почве ионометрическим методом [157];
• определение аммонийного азота в почве [158];
• содержания подвижного углерода органического (С_{Г.К.+Ф.К.}) в вытяжке пирофосфата натрия в смеси со щелочью с рН 7 [159];
• определение гумуса в почве по Никитину с колориметрическим окончанием по Орлову–Гриндель [159];
• определение легкогидролизуемого азота в почве по методу И.В. Тюрина и М.М. Кононовой [151];
• определение общего содержания азота в почве (методы Кьельдаля и Иодльбауэра) [161];
• содержание водорастворимого калия по методу А.Н. Александровой [151];
• легкоподвижный калий 0,02 М CaCl₂ [151];
• обменный калий в вытяжке 1н раствора CH₃COONH₄ (по Масловой) [151];
• содержание необменного легкогидролизуемого калия после настаивания с 2н HCl по методу В.У. Пчелкина [151];
• фиксированный калий определяли после кипячения в 10% HCl по К.К. Гедройцу [151].
• определение ферментативной активности почв (инвертаза, уреаза) [162];
• субстрат–индуцированное дыхание (СИД, мкг/г почвы/ч) оценивали по скорости дыхания микроорганизмов за 4 ч ее инкубации после обогащения глюкозой [163];
• базальное дыхание (БД, мкг/г почвы/ч) определяли по скорости выделения СО₂ почвой за 24 ч ее инкубации при 22 °С и увлажнении водой, очищенной от СО₂ [163];
• углерод микробной биомассы рассчитывали по формуле: Смик (мкг С/г почвы) = СИД (мкг СО₂/г почвы/ч) ×40,04 + 0,37 [163];
• микробный метаболический коэффициент (Q_R) рассчитывали как отношение скорости базального дыхания к скорости субстрат–индуцированного дыхания [164];
• целюлолитическая активность почвы определяли методом аппликации [165].

Качество зерна яровой пшеницы, ячменя и овса определяли методом БИК–спектрометрии с помощью инфракрасного анализатора «ФТ–10», внесенного в Госреестр СИ РФ, по следующим показателям:

− содержание сырого протеина;

− количество и качество сырой клейковины;

− содержание сырой золы;

− содержание сырого жира.

Статистическая обработка результатов исследований проведена с использованием компьютерных программ Microsoft Excel по алгоритму дисперсионного анализа в изложении Б.А. Доспехова [143] и Statistica 6.0.

Перед проведением лабораторных исследований ферментативной активности проводили «оживление» биологических процессов в воздушно–сухих почвенных пробах. Для этого образцы компостировали в течение 14 суток в вентилируемом термостате при 22ºС и поддержании влажности 60% ППВ.

3 результаты исследований

3.1 Влияние систем удобрения и вида пара на продуктивность культур полевого севооборота на дерново–мелкоподзолистой почве Среднего Предуралья

1. Необходимым условием для выбора наиболее оптимального варианта системы удобрения для любого вида севооборота на дерново–мелкоподзолистой среднесуглинистой почве в Пермском крае является определение его продуктивности (табл. 2).
2. Таблица 2 – Влияние вида севооборота и систем удобрения на продуктивность севооборота, т/га з.ед.

1. Продуктивность звена севооборота (табл. 2) в опыте не зависела от вида севооборота F_ф<F₀₅. Наибольшая прибавка в опыте 0,56 т/га з.е. была получена при возделывании культур по органоминеральной системе удобрения. Органическая система удобрения не даёт существенной прибавки урожайности. Минеральная и органоминеральная системы удобрения по продуктивности находятся на одном уровне.
2. Качество продукции – это совокупность биологических, технологических и потребительских свойств и признаков, определяющих её пригодность к использованию по назначению. Понятие качества состоит из нескольких признаков, которые определяются сортовыми особенностями и условиями возделывания, уборки, хранения и технологии переработки. Это самый объективный и обобщающий показатель научно– технического прогресса, уровня организации производства, дисциплины труда и важнейший источник экономии продовольственных ресурсов. В таблицах 3 и 4 приведено влияние вида севооборота и систем удобрения на качество культур полевого севооборота.
3. Для характеристики пищевой, товарной и кормовой ценности зерна яровой пшеницы основными качественными показателями являются сырой протеин и клейковина.
4. Таблица 3 – Влияние вида севооборота и систем удобрения на качество зерна яровой пшеницы, % нав.с.в.

1. Массовая доля сырой клейковины в зерне яровой пшеницы изменялась по вариантам опыта от 15,7% до 26,4%. Исходя из требований ГОСТ Р 9353–2016 зерно, полученное в опыте по этому параметру соответствовало третьему классу. Максимальное содержание сырого протеина (18,2–18,5 %) и сырой клейковины (25,3–26,4 %) получено при использовании минеральной системы удобрения.

Использование органической системы удобрения в зернопаровом севообороте позволило получить зерно яровой пшеницы с содержанием сырого протеина 20,9 % и сырой клейковины 19,5 %.

1. Таблица 4 – Влияние вида севооборота и систем удобрения на содержание каротина, сырого протеина и сырой золы в сене клевера розового 1 г.п. (1 укос)

1. В таблице 5 представлено влияние изучаемых факторов на содержание каротина, сырого протеина и золы в зелёной массе клевера. Как показывают полученные результаты, применение соломы под покровную культуру клевера увеличивает содержание и каротина, и сырого протеина на 16,3 мг/кг и 1,1 % соответственно. Содержание сырой золы уменьшается при органической системе удобрения. Лучшим вариантом в опыте по качеству стал вариант клевера в сидеральном севообороте при органоминеральной системе удобрения.
2. Таблица 5 – Влияние вида севооборота и систем удобрения на качество ярового ячменя, % нав.с.в.

1. Органическая система удобрения в сидеральном севообороте позволяет получить сено клевера 1 г.п. (1 укос) с содержанием каротина 71,3 мг/кг и сырого протеина 13,5 %.
2. Таблица 6 – Влияние вида севооборота и систем удобрения на качество овса, % нав.с.в.

1. Использование органической системы удобрения обеспечило получение зерна овса с содержанием сырого протеина 10,9, клетчатки 12,0 и золы 3,2 на уровне органоминеральной системы.
2. Вид полевого севооборота не оказал заметного влияния ни на один из определяемых показателей качества. Содержание сырого протеина по вариантам опыта колебалось от 12,1 до 14,9 %. Положительное влияние на накопление серого протеина в зерне ячменя оказала как минеральная, так и органоминеральная системы удобрения. Содержание сырого протеина в этих вариантах составило 14,9% при возделывании в севообороте с чистым паром. На остальные показатели качества системы удобрения не оказали влияния.

3.2 Влияние вида севооборота и систем удобрения на свойства дерново–мелкоподзолистой среднесуглинистой почвы

1. В связи с переходом к адаптивно–ландшафтным формам хозяйствования, задачами которых является сохранение плодородия почвы, а вместе с ним и увеличение продуктивности возделываемых культур, необходимо обращать внимание на изменение свойств почвы в севообороте.
2. В почвах непрерывно протекают разнообразные процессы, которые приводят к изменению химических свойств почв. Практическое применение находят показатели, характеризующие направление, степень выраженности, скорости протекающих в почвах процессов; исследуются динамика изменения свойств почв и их режим.
3. Исходя из данных таблицы 7, можно сделать вывод о том, что благодаря вариантам с применением минеральной и органоминеральной системой содержание подвижного фосфора и подвижного калия заметно увеличились. Однако применение минеральных удобрений способствуют подкислению почвы, на остальные агрохимические показатели ни вид севооборота ни система удобрения за шесть лет не оказали заметного влияния.
4. Одним из основных показателей плодородия почв является содержание общего углерода и общего азота в почве. Результаты по определению данных показателей представлены в таблице 8.
5. Таблица 7 – Влияние вида севооборота и систем удобрения на агрохимические показатели дерново–мелкоподзолистой среднесуглинистой почвы

1. Таблица 8 – Влияние вида севооборота и системы удобрения на содержание общего углерода и азота в дерново–подзолистой среднесуглинистой почве, % к массе почвы

1. Из данных таблицы 9 видно, что после закладки опыта наблюдается тенденция уменьшения содержания общего углерода гумуса, за счет его частичной минерализации. По чистому пару минерализация шла более интенсивно из за агротехнической обработки почвы. Содержание общего азота после закладки опыта незначительно увеличилось.
2. Наиболее быстрому разложению подвергается лабильное органическое вещество. Результаты исследований по содержанию углерода лабильного органического вещества представлены в таблице 9.
3. Таблица 9 – Влияние вида севооборота и систем удобрения на углерод лабильного органического вещества (ЛОВ) в почве, % к массе почвы

1. Анализ данных по влиянию вида севооборота и систем удобрений на содержание общего углерода лабильного органического вещества показал, что наиболее благоприятные условия для накопления С_лов наблюдаются в вариантах по чистому пару с применением минеральных и органоминеральных удобрений, где содержание С_лов составило 0,22 и 0,21 % соответственно. По сидеральному пару система удобрения оказала существенное влияние и содержание С_лов варьировало от 0,15% в контрольном варианте до 0,19% в органоминеральной системе удобрения.
2. Внесение удобрений влияет на содержание азота в почве, который необходим микроорганизмам для разложения органических остатков. Результаты определения общего, легкогидролизуемого и минерального азота в почве представлены в таблице 10.
3. Таблица 10 – Влияние вида севооборота и систем удобрения
4. на содержание азота в почве

1. По содержанию общего азота отмечена тенденция увеличения его содержания после закладки опыта и в вариантах по чистому пару относительно сидерального.
2. По результатам исследования на содержание легкогидролизуемого и минерального азота изучаемые системы удобрения не оказали влияния. Содержание легкогидролизуемого азота осталось на том же уровне и колебалось от 97 до 106 мг/кг почвы. Низкое содержание минерального азота можно объяснить его потреблением растениями клевера в период его вегетации.
3. Биохимические превращения органического вещества в почве происходят под действием ферментов. Активность ферментов может меняться при внесении в почву удобрений. Результаты исследований по влиянию систем удобрений на инвертазную и уреазную активность почв представлены в таблице 11.
4. Таблица 11 – Влияние вида севооборота и систем удобрения на ферментативную активность дерново–мелкоподзолистой среднесуглинистой почвы

1. Вид севооборота оказывает существенное влияние на инвертазную активность почвы. Инвертазная активность почвы по сидеральному пару выше чем по чистому на 3,6 мг глюкозы на 1 г за 24 часа.
2. Фактор системы удобрения не оказал существенного влияния на инвертазную активность по чистому пару F_ф<F_05, но существенно повлиял на активность инвертазы в сидеральном пару, где наибольшая активность данного фермента была отмечена в контрольном варианте (19,6 мг глюкозы на 1 г за 24 часа.), а наименьшая в отмечена в варианте с минеральной системой удобрения (10,8 мг глюкозы на 1 г за 24 часа.).
3. Органоминеральная система незначительно уступила контрольному варианту и составила 18,2 мг глюкозы на 1 г за 24 часа.
4. На активность уреазы вид севооборота не оказал существенного влияния F_ф<F_05. Изучая в отдельности влияние изучаемых факторов на уреазную активность, необходимо сказать, что наибольшая активность данного фермента отмечена в варианте без удобрений как по сидеральному, так и по чистому пару и составила 34 и 38 мг NH₃ на 10 г за 24 часа соответственно.
5. В целом лучшей системой удобрений по сидеральному пару является органоминеральная, а по чистому пару органическая.
6. В своих исследованиях мы определили целлюлолитическую активность почвы по интенсивности разложения льняного полотна, заложенного в полевом опыте. Результаты представлены в таблице 12.
7. Таблица 12 – Влияние вида севооборота и систем удобрения на целлюлолитическую активность почвы

1. Как видно из таблицы 6 изучаемые нами факторы не оказали влияния на разложение льняного полотна F_ф<F₀₅. Мы можем говорить лишь о тенденции увеличения активности в сидеральном севообороте относительно зернопарового и увеличения активности в варианте с органической системой удобрения (13,6 %).
2. Активность микробного сообщества в почве определялась методом базального и субстрат–индуцированного дыхания. Полученные результаты представлены в таблице 13.
3. Анализ данных базального дыхания показывает, что оба фактора оказали существенное влияние на изменение показателей. Интенсивность дыхания в зернопаровом севообороте существенно выше чем в сидеральном как в целом (на 0,4 мкг СО₂–С /г/ч), так и в частности с применением органической системы удобрения (на 1,4 мкг СО₂–С /г/ч).
4. В зависимости от системы удобрения наибольшие показатели БД были отмечены в варианте с органической системой удобрения в зернопаровом севообороте (5,3 мкг СО₂–С /г/ч), что существенно выше чем на контроле и в варианте с минеральным удобрением (на 1,4 и 1,6 мкг СО₂–С /г/ч соответственно). При этом органоминеральная система незначительно уступает органической (на 0,5 мкг СО₂–С /г/ч).
5. Таблица 13 – Дыхание дерново–подзолистой среднесуглинистой почвы в зависимости от вида севооборота и систем удобрения

1. При определение СИД как по взаимодействию 2х факторов, так и по каждому фактору в частности в сидеральном севообороте изучаемые факторы влияния не оказали. Лишь в зернопаровом севообороте можно констатировать достоверное уменьшение интенсивности дыхания в варианте с минеральными удобрениями относительно всех остальных вариантов (на 5,5 мкг СО₂–С /г/ч), где значения СИД были одинаковыми (17,9 мкг СО₂–С /г/ч).
2. Микрофлора почвы обуславливает ее способность противостоять неблагоприятным антропогенным и климатическим воздействиям. Показатель, который используют для оценки состояния почв это коэффициент микробного дыхания. Он показывает, насколько почва способна к самовосстановлению и поддержанию гомеостаза. Количество углерода, входящего в состав почвенных микроорганизмов характеризует такой показатель как углерод микробной биомассы. Результаты определения данных показателей представлены в таблице 14.
3. Таблица 14 – Влияние вида пара и систем удобрения на углерод микробной
4. биомассы и коэффициент микробного дыхания

1. По главным эффектам ни один из факторов влияния на показатель углерода микробной массы не оказали. По частным различия вид севооборота также не оказал существенного влияния на показатель. Система удобрения достоверно уменьшает количество микробного углерода в зернопаровом севообороте в варианте с минеральной системой удобрения по отношению ко всем остальным вариантам опыта (на 1,5), в которых показатель микробного углерода был одинаков (7).
2. Оптимальное соотношение коэффициента микробного дыхания составляет 0,2. Как видно из таблицы 14 в сидеральном севообороте большинство вариантов оказались близки к оптимальному показателю, за исключением варианта с органоминеральными удобрениями, где отклонение от нормы составило 0,12. В зернопаровом севообороте показатель в контрольном варианте наиболее близок к норме. В остальных вариантах отклонение составило от 0,07 до 0,1.
3. При оценке плодородия почвы, в отношении питания растений калием, важное значение имеет не только содержание его доступных форм (легкоподвижного и обменного), но и содержание так называемого ближнего легкогидролизуемого (по Пчёлкину) и дальнего фиксированного (по Гедройцу) резерва калия. Это обусловлено, прежде всего, тем, что различные формы калия могут в процессе истощения той или иной формы пополнять друг друга, находясь в тесном и непрерывном взаимодействии между собой.
4. Таблица 15 – Поступление калия в опыте, кг/га

1. Состояние калийного режима почвы можно увидеть на рисунках 3–12. Водорастворимый калий (рис. 3 и 4) находится непосредственно в почвенном растворе и является самым доступным для растений калием. На данную форму калия оказали влияние и вид севооборота и система удобрения.
2. В сидеральном севообороте в варианте без удобрений и при органической системе удобрения содержание водорастворимого калия в слое почвы 0–20 см осталось на прежнем уровне (15 мг/кг почвы). В зернопаровом севообороте в варианте без удобрений происходит резкое уменьшение водорастворимого калия до 7,5 мг/кг почвы. Лучшей системой удобрения в отношении содержания водорастворимого калия является минеральная система, как в сидеральном, так и в зернопаровом севооборотах, содержание водорастворимого калия в этих вариантах в конце ротации было соответственно 27 и 18 мг/кг почвы. В слое почвы 20–40 см (рис. 2) наблюдается аналогичная тенденция.

1. Легкоподвижный калий (включает в себя водорастворимый) (рис. 5 и 6) – калий поверхностного слоя органоминеральных и минеральных коллоидных частиц и является первым источником для пополнения водорастворимой формы и занимает неспецифические обменные позиции в ППК (его связь с ним самая слабая) [22]. Изменение его содержания как в слое почвы 0–20, так и в слое 20–40 находится в той же зависимости, как и водорастворимый калий.

1. Обменный калий, включает в себя две предыдущие формы калия и собственно обменный и является основным показателем обеспеченности растений калием. Как и легкоподвижный калий входит в состав ППК, но более прочносвязан с ним, удерживается силой электрического напряжения. Восполнение обменной формы калия идёт в первую очередь за счет легкогидролизуемой формы калия (по Пчёлкину). Как показали наши исследования, в сидеральном севообороте происходит увеличение обменного калия в слое почвы 0–20 см (рис. 7) по всем вариантам опыта. Это связано с использованием в качестве сидеральной культуры люпина, который характеризуется способностью «поднимать» элементы питания из нижележащих горизонтов и делать более доступными их для последующих культур севооборота полученные данные частично доказывают исследования Л.Л. Яговенко и ГЛ. Яговенко [23]. Если в слое почвы 0–20 в сидеральном севообороте происходит чуть большее накопление обменного калия, то в слое почвы 20–40 см (рис. 8) наблюдается обратная тенденция.

1. Легкогидролизуемая форма калия (обменный по Масловой и собственно необменный) может использоваться культурами с хорошо развитой корневой системой (в наших севооборотах – люпин, озимая рожь и клевер) и после истощения содержания обменного калия почвы. Согласно группировке содержание легкогидролизуемого калия в слоях почвы 0–20 (рис 9) и 20–40 см (рис. 10) характеризуется как повышенное. В сидеральном севообороте в варианте без удобрений содержание легкогидролизуемого калия в слое почвы осталось на прежнем уровне и составило 600 мг/кг почвы. При органической системе удобрения наблюдается тенденция к его уменьшению в сидеральном севообороте с 600 до 547 мг/кг почвы, а в зернопаровом к увеличению до 697 мг/кг почвы.

1. Фиксированный (необменный) калий удерживается электростатическими силами в глинистых минералах (рис. 11 и 12).

Использование его для восстановления легкогидролизуемого калия почвы обусловлено деградацией гидрослюд. За ротацию севооборота в слое почвы 0–20 см в сидеральном севообороте содержание фиксированного калия осталось практически на прежнем уровне при всех изучаемых системах удобрения и колебалось от 1548 (органоминеральная) до 1560 (минеральная) мг/кг почвы. В зернопаровом севообороте наблюдается тенденция к истощению почвы в отношении фиксированного калия во всех системах удобрения. В слое почвы 20–40 см наблюдается обратная тенденция.

3.3 Влияние видов землепользования на эколого–агрохимические характеристики дерново–мелкоподзолистой почвы

1. Биохимические свойства являются важнейшей составляющей потенциального почвенного плодородия наряду с другими агрономически ценными показателями, такими как содержание и запасы гумуса, количество лабильного органического вещества; содержание питательных веществ; реакция почвенного раствора и т.д.
2. Биохимические процессы, проходящие в почве, связаны с превращением веществ и энергии, синтезом и распадом гумуса, окислительно–восстановительным режимом почвы, гидролизом органических соединений, и осуществляются с помощью ферментов [162].
3. Таблица 16 – Местоположение и ботаническое описание изучаемых биогеоценозов

1. Залежная растительность исследуемого участка (3) представлена разнотравно–злаковым луговым фитоценозом, подвергавшимся ранее (20 лет назад) систематическому сенокошению, без признаков зарастания древесной растительностью (табл. 16). Проективное покрытие 90 %, высота травостоя 35 см.
2. Древесная растительность лесного фитоценоза представлена в основном пихтами, елями. В подлеске – рябина, черёмуха, ива. В кустарниковом ярусе – смородина, шиповник, малина. В травянистый покров леса входят: кислица, сныть, звездчатка, копытень и др. Живое проективное покрытие 60 %, высота травостоя 20 см.
3. Исследованные почвы различались по содержанию гумуса (1,3–4,1 % для верхних слоев), наибольшая величина которого отмечена в коренном лесу (табл. 17). Дерново–слабоподзолистая тяжелосуглинистая почва коренного леса характеризовалась сильнокислой реакцией среды, высокой гидролитической кислотностью, что указывает на более выраженный подзолистый процесс.
4. Таблица 17 – Агрохимическая характеристика дерново–слабоподзолистой тяжелосуглинистой почвы опытного поля Пермского НИИСХ

1. Почвы лесного биоценоза и залежи отличались от других изучаемых вариантов более высоким содержанием минерального азота (40 и 32 мг/кг), а также повышенной и высокой обеспеченностью подвижным фосфором.
2. Отношение содержания аммоний формы азота к нитратной на пашне составило 1,1, в почве залежи 2,2 и в лесу 2,9, что, по мнению Scujins, Klubek (1982) может характеризовать луговой и лесной биогеоценозы как более климаксные устойчивые экосистемы по сравнению с пахотными агроценозами, где природное равновесие нарушено [167].
3. Универсальным показателем деятельности почвенных микроорганизмов является продуцирование ими углекислого газа. Совокупность популяций разных видов микроорганизмов по–разному реагирует на виды землепользования.
4. Так, например, достоверно увеличивается интенсивность дыхания в залежной почве (рисунок 13, табл. 18), где зафиксирован наибольший показатель который в среднем составил 6,74 кг/га/час, затем следует почва под посевом ячменя севооборотных полей.
5. Наиболее низкий уровень эмиссии СО₂ отмечен на почве лесного биоценоза – 0,9 кг/га/час, что по видимому, связано с различием гидротермических условий почвы по сравнению с другими исследуемыми вариантами (табл. 18), а также более высокой кислотностью (табл. 17).
6. Рисунок 13 – Продуцирование СО₂ дерново–слабоподзолистыми почвами биоценозов, среднее за июнь–июль 2019 г.
7. Так, в июле температура почвы в лесу была на 4 о С ниже, чем на залежном участке и на 2 о С по сравнению с пашней. Влажность почвы в лесу также значительно превышала показатели вариантов в полевых условиях. Е.В. Благодатской с соавт. (1995) установлены положительная корреляция дыхательной активности с температурой почвы и отрицательная с влажностью [168].
8. Таблица 18 – Продуцирование СО₂ дерново–слабоподзолистой тяжелосуглинистой почвой опытного поля Пермского НИИСХ

1. Такие различия микроклимата почвы могли оказывать влияние и на другие биохимические свойства почв, на которые влияют многие факторы, такие как: севооборот, удобрения, обработка почвы и т.д. [169–172]. Одним из главных показателей биологической активности является скорость разложения целлюлозы.
2. В наших исследованиях процесс разложения клетчатки наиболее интенсивно протекал в залежной почве (табл. 19). Известно, что клетчатка может разрушаться как бактериями, так и грибами. По данным Т.В. Аристовской (1980) в кислых дерново–подзолистых почвах грибы преобладают над бактериями [173]. По нашему мнению, более интенсивное разложение целлюлозы (49%) в почве залежи и пашни в севообороте (38%) указывает на более интенсивные процессы трансформации первичного органического вещества и вовлечения труднодоступных форм углеводов в биологический круговорот.
3. Таблица 19 – Ферментативная активность дерново–слабоподзолистой тяжелосуглинистой почвы опытного поля Пермского НИИСХ

1. Так, целлюлозоразлагающая активность дерново–слабоподзолистой почвы исследуемых биоценозов была прямо пропорциональна продуцированию СО₂, установлена тесная корреляционная зависимость между значениями этих показателей на всех изученных вариантах (r = 0,95±0,09). Н.В. Полякова с соавт. (2009) полагают, что усиление активности деструкторов целлюлозы не способствует минерализации гумуса, а разлагает первичные органические вещества, поступающие в почву с образованием гумусовых веществ [174].
2. Для дерново–подзолистых почв не характерна высокая уреазная активность в силу генетических особенностей, так и в исследуемых нами вариантах активность фермента была низкой (табл. 19). Наибольшая активность фермента отмечена в почве под бессменным посевом ячменя: каждые 10 г этой почвы в сутки ферментативно высвобождают 28 мг аммония, что по шкале Д.Г. Звягинцева [162] характеризует ее, как среднеобогащенную уреазой. Установлена обратная корреляционная зависимость между содержанием нитратного азота и активностью уреазы в изучаемых почвах (r= – 0,86±0,16).
3. Исследования многих авторов показали, что активность инвертазы лучше других ферментов отражает уровень плодородия и биологической активности почв, находится в тесной зависимости с содержанием гумуса [162, 175]. Полученные показатели инвертазной активности почв исследуемых вариантов находились на уровне 31,2–32,6 мг глюкозы/г почвы за сутки и по шкале оценки [162] характеризуются как средние. Между содержанием гумуса и активностью гидролаз связи не установлены.
4. Залежная дерново–мелкоподзолистая тяжелосуглинистая почва под луговой растительностью имеет более высокие значения выделения диоксида углерода с поверхности и активность разложения клетчатки, следовательно, и углерода микробной биомассы, что указывает на различия процессов минерализации органического вещества, трансформации качественного состава и накоплении гумуса по сравнению с пахотной почвой. Это обусловлено в первую очередь скоплением на поверхности почвы свежего органического опада и уже сформированной подстилки.
5. Таким образом, почвы одного подтипа, находясь в различном землепользовании (пашня (чистый пар) – пашня (бессменный ячмень) – пашня (ячмень в севообороте) – залежь 37 лет – коренной лес (более 100 лет)), существенно отличаются по биохимическим свойствам, а, следовательно, и уровню плодородия. Наиболее оптимальные условия для биохимических процессов дерново–мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы Среднего Предуралья формируются в условиях залежи с луговой растительностью. Такие земли являются наиболее пригодными для возобновления вспашки и ведения органического земледелия.

4 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО УДОБРЕНИЯ КОМПОСТ–М ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПЛОДОРОДИЯ ДЕРНОВО–ПОДЗОЛИСТОЙ СРЕДНЕСУГЛИНИСТОЙ ПОЧВЫ

Для экономической оценки плодородия почв исследуемых участков использовали метод, предложенный Л.Л. Шишовым с соавторами [165]. Используемая методика общей почвенно–экологической оценки и бонитировки почв в отношении различных сельскохозяйственных культур, учитывает опыт бонитировки почв, как в России, так и за рубежом. Метод позволяет определять почвенно–экологические показатели и баллы бонитетов почв от конкретного участка, поля до области, республики, зоны и т. д. В отличие от региональных бонитировок она дает сопоставимые результаты на единой основе для всей территории РФ.

Расчет агрохимического показателя и почвенно–экологического индекса провели на основании лабораторных исследований агрохимической характеристики почвы (табл. 20).

На основании полученных результатов можно отметить, что внесение компоста привело к снижению обменной и гидролитической кислотности, увеличению насыщенности почвы основаниями, содержанию подвижного фосфора и минерального азота.

Однако при расчете агрохимического показателя согласно используемой методики определяющими свойствами стали значения обменной кислотности и подвижного фосфора.

Таблица 20 – Агрохимическая характеристика дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы производственного опыта

ООО «Птицефабрика «Менделеевская», 2019 г.

Для оценки стоимости почвы рассчитан почвенно–экологический индекс, величина которого пропорциональна уровню плодородия почвы (табл. 21). Почвенно–экологическая оценка производилась на основании свойств почв, климатических показателей и некоторых других особенностей территорий.

Таблица 21 – Показатели экономической оценки исследуемых участков

Вариант	Агрохимический показатель	Почвенно-экологический индекс	Балл бонитета	Оценочная стоимость в ценах 1991 г., руб./га	Оценочная стоимость на октябрь 2019 г., тыс. руб./га	Экономический эффект относительно фона, тыс. руб./га
Контроль	1,27	40,0	49,6	3918,45	57,05	–
Компост–М	1,47	46,2	57,3	4526,68	65,91	8,86

Величина почвенно–экологического индекса является первой составляющей цены почвы. Вторая составляющая – ее тарифная категория.

Тариф для неорошаемых дерново–подзолистых почв Предуралья согласно методики [165] составил 93 руб./га (по ценам 1991 г.).

Полученная стоимость в ценах 1991 г. была пересчитана с учетом уровня инфляции и деноминации 2019 г. в соотношении 1000:1 с помощью программного калькулятора [176]. Результаты расчетов представлены в таблице.

Экономическая эффективность от внедрения составила 8,86 тыс. руб./га, при оценке почв с учетом полученного уровня плодородия (суммарного агрохимического показателя), рассчитанного по разнице в стоимости участков с использованием предложенной разработки и без нее.

Таким образом, использование Компоста–М с дозой внесения азота 90 кг/га может быть рекомендовано производству в качестве элемента органической системы удобрения, позволяющего сохранить и повысить плодородие дерново–подзолистых почв.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании проведенной работы можно отметить следующие основные выводы:

• • • 1. Продуктивность севооборота, разработанной органической система удобрения в опыте не зависела от вида пара (F_ф<F₀₅) и составляла в среднем 3,02 т/га з.ед. Наибольшая прибавка (0,56 т/га з.е.) была получена при возделывании культур по органоминеральной системе удобрения.
      2. Содержание легкогидролизуемого и минерального азота при использовании органической системы удобрения находилось на одном уровне с минеральной и органоминеральной. Содержание легкогидролизуемого азота по вариантам опыта колебалось от 97 до 106 мг/кг, минерального от 14 до 25 мг/кг почвы. По содержанию общего азота отмечена тенденция увеличения его содержания после закладки опыта в вариантах без удобрений как в сидеральном, так и в зернопаровом севооборотах с 0,24% до 0,31–0,37% соответственно.
      3. В сидеральном севообороте складываются лучшие условия для питания сельскохозяйственных культур калием при всех системах удобрения. В сидеральном севообороте за шесть лет исследования наблюдается тенденция увеличения легкоподвижного калия в слое почвы 0–20 см с 23,2 до 27,2 мг/кг почвы при органической системе удобрения и до 33 мг/кг почвы при минеральной. В зернопаровом севообороте происходит снижение при органической системе с 24,7 до 18,8 мг/кг почвы и до 22,8 при минеральной. Содержание обменного калия по всем вариантам опыта увеличилось в варианте без удобрения в сидеральном севообороте на 31 % (с 167 до 218 мг/кг почвы) в зернопаровом на 14 % (с 167 до 190 мг/кг почвы). В сидеральном севообороте в варианте без удобрений содержание легкогидролизуемого калия в слое почвы осталось на прежнем уровне и составило 600 мг/кг почвы. При органической системе удобрения наблюдается тенденция к его уменьшению в сидеральном севообороте с 600 до 547 мг/кг почвы, а в зернопаровом к увеличению до 697 мг/кг почвы. Лучшей системой удобрения для сидерального и зернопарового севооборотов стала минеральная и органоминеральная.
      4. Наиболее интенсивное накопление лабильного органического вещества почвы отмечено в вариантах в зернопаровом севообороте, где наибольшие значения показателя были отмечены в минеральной и органоминеральной системах удобрения (0,22 и 0,21% соответственно). В сидеральном севообороте значения С_лов варьировали от 0,15 до 0,19%, что также говорит о существенном влиянии фактора систем удобрения.
      5. Вид севооборота оказал существенное влияние на инвертазную активность почвы. Ведение сидерального севооборота обеспечивало наибольшую инвертазную активность почвы. Увеличение произошло на 3,6 мг глюкозы на 1 г за 24 часа по сравнению зернопаровым севооборотом, при НСР₀₅=1,9 мг глюкозы на 1 г за 24 часа. Система удобрения не оказала существенного влияния на данный показательF_ф<F₀₅. На активность уреазы вид севооборота не оказал существенного влияния F_ф<F_05. Наибольшая активность данного фермента отмечена в вариантах без удобрений как в зернопаровом, так и в сидеральном севообороте и составила 34 и 36 мг NH₃ на 10 г за 24 часа соответственно.
      6. Интенсивность базального дыхания в зернопаровом севообороте существенно выше, чем в сидеральном, как в целом (на 0,4 мкг СО₂–С /г/ч), так и в частности с внесением соломы (на 1,4 мкг СО₂–С /г/ч). При определение СИД как по главным эффектам, так и по частным различиям в сидеральном севообороте изучаемые факторы влияния не оказали. Лишь в зернопаровом можно констатировать достоверное уменьшение интенсивности дыхания в варианте с минеральными удобрениями относительно всех остальных вариантов (5,5 мкг СО₂–С /г/ч), где значения СИД были одинаковыми (17,9 мкг СО₂–С /г/ч).
      7. Использование органической системы удобрения в зернопаровом севообороте позволило получить зерно яровой пшеницы с содержанием сырого протеина 20,9 % и сырой клейковины 19,5 %, что соответствует третьему классу по требованиям ГОСТ Р 9353–2016.

    Использование органической системы удобрения обеспечило получение качества зерна овса на одном уровне органоминеральной системой. Содержание сырого протеина составило – 10,9 %, клетчатки – 12,0 % и золы – 3,2 %.

    Органическая система удобрения в сидеральном севообороте позволяет получить сено клевера 1 г.п. (1 укос) с содержанием каротина 71,3 мг/кг и сырого протеина 13,5 %.

    http://www.dslib.net/agro-ximia/agrohimicheskie-svojstva-i-agrojekologicheskoe-sostojanie-dernovo-podzolistoj-pochvy.html

    Разработка органической системы удобрения (биологизации севооборота), повышающей плодородие дерново-мелкоподзолистой среднесуглинистой почвы и продуктивность культур полевого севооборота