Текст книги "Изменение плодородия почв"

1.2 Влияние органических и минеральных удобрений на плодородие почвы и продуктивность сельскохозяйственных культур

При длительном сельскохозяйственном использовании наблюдается процесс разрушения агрономически ценной водопрочной структуры почвы (В.А. Францессон, Е.Ф. Кривицкая, 1959; И.С. Рабочев, И.Е. Королева, 1983; Б.П. Ахтырцев, И.А. Лепилин, 1985 и др.). Причина разрушения структуры почвы связана с отрицательным балансом гумуса, кальция, а также с частыми механическими обработками почвы. В посевах пропашных культур количество водопрочных агрегатов снижалось на 16,6 %; в чистом пару – на 9,6 % (И.Б. Ревут, 1972; В.И. Слесарев, А.Н. Власенко, 1996).

Одним из эффективных способов восстановления ранее утраченной агрономически ценной структуры является использование органических удобрений.

По мнению М.А. Цюркан (1985), внесение оптимальных доз навоза повышало количество структурных отдельностей в слое 0–20 см размером 0,5–5,0 мм на 13–22 %, а в слое 20–40 см – на 12–15 %.

Внесение навоза способствовало увеличению количества водопрочных агрегатов под яровой пшеницей. По навозу в слое почвы 0– 20 см доля фракции крупнее 1 мм составляла 15,7 %, фракции 1,00– 0,25 мм – 43,2 %, а меньше 0,25 мм – до 58,9 %. На контроле (без удобрения) при той же последовательности фракций количество агрегатов составило 7,2, 38,4 и 45,0 % (В.Д. Голубев, 1987).

По данным Б.Н. Алмазова (1993), количество водопрочных агрегатов возросло с 63,2 % на контроле до 75,6 % на унавоженном участке.

На делянках с навозом в свекловичном севообороте водопрочность почвенных агрегатов повысилась на 24–38 % за первые 22 года и на 32–36 % за 55 лет опыта (А.Я. Гетманец и др., 1973).

Различные типы почв в неодинаковой степени формируют водопрочные агрегаты под действием органических удобрений. Так, применение навоза в дозе 40 т/га на легкой аллювиально-луговой почве увеличивает содержание таких агрегатов с 82,3 до 83,2 % (С. Димитров, 1977).

На серых лесных почвах Томской области при внесении 36 т/га навоза сумма водопрочных агрегатов возрастает на 1,1–2,3 % (Т.Т. Вилесов, Н.Ф. Тюменцев, 1961).

Применение навоза, как в чистом виде, так и совместно с известкованием на серо-бурой подзолистой почве увеличивает влагоемкость почвы, общую и капиллярную пористость и уменьшает плотность почвы (I. Suware, А. Cawronske-Kulesza, L. Kuszelewski, 1996).

На средневыщелоченном черноземе водопроницаемость почвы в длительном (в течение 50 лет) опыте ВНИИ кукурузы увеличилась при применении органических удобрений на 75–125 % (А.Я. Гетманец, Н.В. Гниненко, В.А. Губенко и др., 1973).

Органические удобрения в дозах 40 и 80 т/га увеличивали наименьшую влагоемкость на 0,7–4,8 %, максимальную гигроскопичность – на 0,5–1,1 %, влажность завядания – на 0,7–1,3 %; запас продуктивной влаги – на 25 и 108 м³/га (Н.В. Гниненко, 1968).

Улучшение агрофизических свойств почв при высоком содержании органического вещества отмечали В.И. Кирюшин (1986), В.И. Кирюшин, Н.Ф. Ганжара, И.С. Кауричев и др. (1993). Оно положительно влияет на стабильность зернистой структуры, связывает почвенные частицы, усиливает аэрацию, дренаж, глубину проникновения корней и водоудерживающую способность почв.

Обратный процесс наблюдается при распашке целинных дерново-подзолистых почв и черноземов, в пахотном слое которых происходит пропорциональное снижение органического вещества и водопрочных агрегатов на 65–72 % и на 22–35 % соответственно (И.В. Кузнецов, 1997).

При длительном применении навоза возрастает доля агрономически ценных агрегатов, уменьшается плотность почвы и липкость (В.И. Кураков, И.М. Никульников, В.В. Ситникова, Л.В. Александрова, 1996). В опытах Николаевой И.Н. (1987) в результате двухразового внесения за ротацию севооборота по 120 т/га навоза произошли значительные изменения свойств почвы. Плотность почвы уменьшилась в среднем на 0,03–0,06 г/см³, объем пор и воздухоемкость увеличились на 4 %, содержание пыли уменьшилось на 6–10 %, а комковатой фракции – увеличилось на 8–13 %. Пахотный горизонт стал более структурным, содержание водопрочных агрегатов возросло на 15 %.

Улучшение водно-физических свойств почвы от внесения органических удобрений в своих работах отмечают и ряд других авторов (В.М. Тужилин и др., 1990, 1992; В.Г. Лошаков и другие, 1992; В.Ф. Кормилицын, 1995).

По данным И.М. Комова (1989) установлено, что внесение на протяжении 27 лет навоза в дозе 380 т/га уменьшило объемную массу почвы на 4–10 % по сравнению с контролем. Объемная масса почвы на делянках с большими дозами органических удобрений уменьшилась не только в пахотном слое, но и подпахотном горизонте.

В результате двадцатилетних наблюдений Н.И. Арнаутова (1988) делает вывод, что плотность почвы на удобренных вариантах несколько возрастает и уменьшается пористость почвы на 4,7–7,2 %.

По данным В.А. Безносикова (1997), систематическое применение минеральных удобрений понижало структурность почв. Коэффициенты структурности (сухое просеивание) составили на контроле 2,86; при внесении РК – 2,05; при внесении NРК – 1,99.

Б.С. Носко (1977) отмечал, что при внесении минеральных удобрений достоверное снижение содержания агрономически ценных агрегатов произошло с 76 до 60 %, а их водостойкости – с 49 до 36 %. Исследования А.Я. Гетманец (1973) и Н.К. Пятковского (1983) показали, что внесение высоких доз минеральных удобрений способствовало уменьшению количества водопрочных агрегатов на 10 % по сравнению с контролем.

Органические удобрения непосредственно влияют на общие физические свойства почвы (Р. Димитров, Н. Мирчев, Е. Ваташка, 1976; С.Д. Лысогоров, Сухорукова, 1985; И.Н. Николаева, 1987). В опытах И.Н. Николаевой (1987) в результате двухразового внесения за ротацию севооборота по 120 т/га навоза произошли значительные изменения свойств почвы. Плотность почвы уменьшилась в среднем на 0,06– 0,03 г/см³, объем пор и воздухоемкость увеличились на 4 %.

Применение навоза как в чистом виде, так и совместно с известкованием на серо-бурой подзолистой почве увеличивает влагоемкость почвы, общую и капиллярную пористость и уменьшает плотность почвы (I. Suware, A. Cawronske-Kulesza, L. Kuszelewski, 1996).

По данным Н.В. Гниненко (1968), органические удобрения в дозах 40 и 80 т/га увеличивали наименьшую влагоемкость на 0,7–4,8 %, максимальную гигроскопичность – на 0,5–1,1 %, влажность завядания – на 0,7–1,3 %, запас продуктивной влаги – на 25 и 108 м³/га.

В системе мер, направленных на повышение плодородия почв, важнейшее место занимает обеспечение почвы органическим веществом. Хорошим источником органического вещества служат навоз и солома (Д.Н. Прянишников, 1945, 1963, 1965).

Проблема поддержания плодородия почв, связанная с воспроизводством органического вещества, является одной из актуальных проблем земледелия. Основной путь ее решения заключается в разработке систем удобрений с использованием навоза, соломы, сидератов, растительных остатков, отходов промышленности, осадков сточных вод, т. е. биологизации земледелия (А.А. Жученко, 1988, 1990).

Органические удобрения оказывают существенное влияние на накопление гумуса и элементов питания. Анализ литературных данных показывает основную роль навоза в накоплении гумуса (П.И. Никишкина, 1957; Ф.С. Соболев, 1960; М.Г. Гупало, 1964; В.Е. Егоров, 1966; Л.К. Шевцова, 1967, 1988; Ю.К. Кудзин и др, 1966, 1968, 1975; Л.К. Шевцова и др., 1972; В.П. Ганенко, 1978; И.В. Опенлендер, 1980; А.И. Жуков и др., 1993; С.М. Надежкин и др., 1998, 1999; P. Kerstin et al, 2003; P. Vulliond et al, 2004).

Применение органических удобрений существенным образом изменяет процесс образования гумуса в пахотном слое почв. В исследованиях С.С. Тереховой, К.Б. Мамсурова и А.Г. Солдатенко (1991) установлено, что длительное возделывание культур (18 лет) без удобрений приводит к снижению содержания гумуса в слое 0–40 см на 0,27 %, а применение подстилочного навоза сохраняет его на исходном уровне.

Исследованиями А.С. Найденова, А.Г. Солдатенко, С.С. Тереховой (1991) выявлено, что 20-летнее возделывание полевых культур в севообороте без применения удобрений приводит к снижению содержания гумуса в слое 0–40 см на 0,3 %. Подстилочный навоз обеспечивал бездефицитный баланс гумуса к концу 2-й ротации севооборота.

Исследуя почвы Татарстана, А.В. Колоскова и М.Г. Иванова (1987) выявили, что возрастание содержания гумуса в пахотном горизонте может быть достигнуто лишь при высокой насыщенности полей органическими удобрениями (более 7–10 т/га севооборотной площади) при сочетании их с минеральными.

Существенную роль в образовании гумуса играет фактор времени. В длительных экспериментах на типичных черноземах эффективными оказываются даже минимальные (3–6 т/га) нормы навоза. При этом улучшается также структурно-агрегатный состав почвы, обусловленный накоплением водоустойчивых агрегатов (Б.И. Лактионов и др., 1991).

Исследованиями Б.Н. Алмазова и Л.Т. Холуяко (1993) показано, что накопление гумуса от применения навоза составило 17,6 т/га (15,5 %) в пахотном и 30,4 т/га (28,5 %) в подпахотном горизонтах.

По данным В.А. Борисова, В.М. Ковылина (1997), при длительном (15 лет) внесении навоза произошло заметное увеличение содержания гумуса как в пахотном (3,89–4,28 %), так и в подпахотном (3,48–3,90 %) горизонтах почвы или в среднем на 0,62 и 0,41 %.

Внесение навоза в течение 27 лет, как показали опыты А.Я. Гетманца и Н.В. Гниеннко (1973), увеличило в слое 0–20 см содержание гумуса на 0,33 %, а в слое 20–40 и 40–60 см соответственно на 0,30 и 0,28 %.

По данным Е.Н. Кузина и других (2001), внесение навоза увеличивало содержание гумуса за три года на 0,05–0,15 %, или на 2–4 т/га. Аналогичные данные приводят в своих трудах В.Е. Егоров (1966), Г.А. Самойлова (1970), А.Я. Гетманец и Л.М. Дудченко (1978), П.Н. Гришин (1997), В.А. Борисов и В.Н. Ковылина (1997), С.М. Надежкин, Ю.В. Корягин, Т.Б. Лебедева (1997), Т.И. Азова и Н.Е. Синицына (2000), Т.С. Борисова и Г.Т. Чимитдоржиева (2001) и др. На Краснокутской селекционной опытной станции при внесении навоза и соломы наблюдалось устойчивое накопление гумуса в почве (М.П. Панасов, 2002).

Черноземы лесостепной зоны Поволжья обладают высоким естественным плодородием и имеют от природы, как правило, реакцию среды, близкую к нейтральной или слабокислую. Однако сравнительный анализ состояния черноземов за 100 лет показал наличие активных процессов их подкисления.

Изменения показателей рН по сравнению с исходными данными составили 2,3 ед., а гидролитической кислотности – 6,7 мг-экв на 100 г почвы (А.П. Щербаков, 1980). За последние десять лет площади черноземов с кислой реакцией почвенного раствора возросли на 34 % (М.Н. Агафонов и др., 1987; Н.И. Зезюков и др., 1991, 1997; А.Н. Каштанов, 2002).

Подобные закономерности в своих работах отмечает и ряд других ученых (А.И. Шильников, 1981, 1982, 1987; Н.П. Богомазов и др., 1994, 1996; Н.З. Милащенко и др., 1990; П.И. Крупкин, 1991, 1992; А.П. Карпов, 1994).

Игнорирование кислотности почв ведет, прежде всего, к снижению устойчивости растений к засухе и уменьшению окупаемости удобрений (Н.З. Милащенко и др., 2000).

Основной причиной подкисления почв является потеря кальция и магния за счет их миграции по почвенному профилю под влиянием атмосферных осадков и за счет выноса с урожаем. Потери кальция приводят к ухудшению кислотно-основных свойств почвы (Ю.А. Шугаров и др., 1964; И.Н. Бесков, 1965, 1969; Т.М. Кулаковская, 1972; Г.Н. Россошанская, 1978; А.Б. Ахтырцев, 1979; Л.М. Жукова, 1980; А.И. Столяров, 1981; А.Н. Небольсин, 1983; А.А. Жученко, 1990; А.Н. Вислобокова, 1993; Н.П. Богомазов с соавторами, 1994, 1996).

По данным Жученко (1990), при высоких урожаях с 1 га выносится до 50 кг кальция.

С потерей кальция и магния их место в ППК занимают ионы водорода, приводящие к ухудшению физико-химических свойств почвы, снижая буферность и повышая кислотность (Ю.А. Шугаров, 1964 и др.; И.Н. Бесков, 1965; Г.Н. Россошанская, 1978; А.Б. Ахтырцев, 1979; Л.М. Жукова, 1980; А.И. Столяров, 1981; А.Н. Вислобокова, 1993).

На фоне внесения навоза (50 т/га) показатели рН солевой и водной вытяжки улучшились. На удобренных делянках содержание гумуса повысилось на 0,2–0,4 %. При этом количество углерода гуминовых кислот возросло на 0,12–0,16 % и расширилось соотношение их к углероду фульвокислот на 0,18–0,19 %. Содержание общего азота увеличилось на 0,021–0,054 %, а соотношение углерода к азоту сократилось на 0,4–1,2. При внесении органики в ППК возрастало количество кальция (В.И. Кураков, В.В. Ситникова, 2004).

Применение навоза в качестве биомелиоранта увеличивает емкость поглощения и сумму обменных оснований на 1,7–4,2 мг-экв. на 100 г почвы (Т.И. Азова, 2000; Е.М. Бодрова, П.Я. Семенов, 1973; И.Н. Ипполитов, 1999; Г.Е. Гришин, 2000; М.Н. Панасов, 2002).

Исследования ряда авторов, проведенные на различных почвах, показывают, что унавоженные почвы имеют большую емкость поглощения, содержат больше поглощенных оснований (А.М. Голубцев, 1969; Е.М. Бодрова с соавтором, 1973; Т.А. Мусиенко и др., 1974).

Данные, приведенные М.Н. Панасовым (1997), показывают, что внесение навоза, запашка соломы увеличивали сумму поглощенных оснований к концу ротации севооборота в слое 0–30 см с 31–32 мг-экв. на 100 г почвы на контроле до 39–42 мг-экв., или на 28–31 %.

Применение минеральных удобрений, особенно в повышенных дозах, способствует увеличению подвижности кальция, следовательно, приводит к безвозвратным его потерям. Это, в свою очередь, создает условия для повышения кислотности почв и ухудшения других физико-химических показателей. На это обращают внимание многие исследователи (А.Я. Гетманец и другие, 1973; Е.Н. Алексеева, 1974; М.И. Ефимцев, 1974; К.А. Костров, А.В. Малова, 1979; А.Я. Степаненко, 1980; А.И. Троицкий, 1980; Б.С. Носко, Н.А. Кучир, 1985; В.П. Цюпка, 1989).

Л.М. Жукова (1980), обобщив результаты 23 стационарных опытов по влиянию систематического применения минеральных удобрений на физико-химические свойства черноземных почв, констатирует их ухудшение, которое возрастает по мере увеличения доз удобрений. Применение же извести или добавок, нейтрализующих кислотность удобрений, позволяет устранить негативное действие минеральных удобрений.

Опыты, проведенные на черноземах Украины, показывают, что за 10 лет минеральные удобрения даже на навозном фоне увеличивали обменную кислотность на 0,47, а актуальную на 0,52 единицы рН. Минеральная система удобрений снижает показатель рН на 0,63 ед. (И.И. Филоп, 1994).

Исследования А.С. Найденова с соавторами (1991) показали, что на выщелоченном черноземе внесение минеральных удобрений снижало рН почвы с 5,5 до 4,6, а гидролитическую кислотность увеличивало с 2,8 до 5,1–6,4 мг-экв./100 г почвы.

По данным Н.И. Крупкина (1991), сельскохозяйственное использование приводит к увеличению гидролитической кислотности в оподзоленных черноземах на 1,27 мг-экв., в выщелоченных – на 0,46 мг-экв./100 г почвы.

Увеличение кислотности почв при систематическом применении минеральных удобрений отмечают в своих исследованиях Е.Н. Алексеева (1960, 1978), Е.Н. Алексеева, М.Ф. Зеленина (1974); Л.Я. Берщева, И.В. Глущенко (1977), Р.К. Гусейнов (1973), А.М. Клочков (1978), В.И. Лазарев (1997), Л.И. Мартынович с соавтором (1992), Н.В. Стороженко (1984), А.П. Щербаков с соавтором (1994), В.И. Кураков с соавтором (2004) и др.

В исследованиях многих ученых выявлено определенное влияние органических удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур.

Опыты на дерново-подзолистой суглинистой почве показали, что самая высокая урожайность озимой пшеницы (4,76 т/га) формируется при внесении навоза в дозе 7,5 т/га. Урожайность на контроле без удобрений при этом составила 2,97 т/га. (Г.Е. Мерзлая, В.А. Гаврилова, Н.Л. Булыгина, 1991).

Органические удобрения через стабилизацию и улучшение агрофизических свойств чернозема, гумусного состояния почвы обеспечивают повышение продуктивности полевых культур. В среднем за 5 лет достоверная прибавка урожая в зависимости от агрофона составила от 4,5 до 11,9 ц/га к. ед. (Ф.К. Хазиев, 1987).

Органическая система удобрения обеспечивала на всех вариантах опыта прирост урожая зерна ярового ячменя 2,0 ц/га. При органической системе удобрения улучшалось качество продукции, уменьшалось содержание в ней нитратов, а также активизировалась жизнедеятельность почвенной биоты (М.Я. Бомба, 2001).

В исследованиях П.Н. Гришина, М.Н. Панасова (1997) в среднем за годы ротации севооборота урожайность пшеницы составила без удобрений 2,83 т/га зерна с гектара; с внесением навоза под пары – 3,34 т/га.

По данным Н.Н. Горбунова, В.И. Манжесова, В.И. Куракова (2004), навоз усиливает синтез сахаров и их передвижение в корнеплод, повышает урожайность сахарной свеклы и технологические качества корнеплодов.

Исследованиями А.А. Королева (2007) установлено, что рекомендуемая норма навоза (7 т/га) для черноземов выщелоченных лесостепного Поволжья повышала урожайность сельскохозяйственных культур на 20,5–30,5 %, а мелиоративная норма навоза (14 т/га с.п.) – на 29,9–54,4 %.

В опытах М.В. Курносова (2006) навоз нормой 7 т/га севооборотной пашни повышал урожайность культур зернопаропропашного севооборота на 16,0–27,0 %, а эквивалентная навозу доза минеральных удобрений – на 16,4–29,5 %.

По данным В.Н. Левкина (2007), использование азотных и фосфорных удобрений существенно повышало урожайность озимой пшеницы (4,65 т/га), увеличивало содержание белка до 13,3–14,5 %. Более высокое содержание клейковины у озимой мягкой пшеницы было характерно для удобренного варианта и изменялось от 25,0 до 29,0 %.

Н.Ф. Климашевская, Э.А. Климашевский (1991) установили, что при недостатке азота в почве уменьшается содержание протеина и клейковины в зерне, также снижается продуктивность пшеницы.

Исследованиями Б.М. Князева, Д.А. Дзаговой (2004) установлено, что при внесении полного минерального удобрения улучшаются технологические свойства зерна по сравнению с контролем. Содержание белка и клейковины увеличилось на 2 и 5 % соответственно.

Высокие урожаи зерна хорошего качества можно получить только при условии применения минеральных удобрений, при этом ведущая роль принадлежит азотным удобрениям. Дифференцированная система удобрений в комплексе с другими элементами сортовой агротехники позволит лучше реализовать потенциал сорта (А.В. Малышев, 1983; А.Е. Пшеничный, 1987; В.Г. Кривобочек, 1997; А.М. Пестряков, 2001; В.Е. Ториков и др., 2003; Б.К. Маркин, 2000;

С.А. Семина, 2004; Л.В. Карпова, 2004; Н.Н. Мишин, 2004; Н.И. Остробородова, 2004). По расчетам Б.К. Маркина (2004), увеличение содержания белка в пшенице в Приволжском ФО на 1 % даст дополнительно 67,9 тыс. т полноценного растительного белка, что достаточно для удовлетворения потребности в белке в течение года 1,7 млн. человек.

По данным А.В. Пахомова (2007), внесение минеральных удобрений улучшает качество зерна яровой пшеницы в сравнении с контролем. Содержание белка на удобренном фоне составляло 13,3 %, клейковины – 24,8 %. Применение полного минерального удобрения повышало урожайность зерна на 0,96–1,42 т/га.

Исследования с озимой пшеницей показали, что в неорошаемых условиях без применения удобрений содержание сырой клейковины в зерне составляет 24,6–26,7 %, тогда как на варианте N₉₀P₈₀K₈₀ оно повышается до 27,7–28,4 %, а на фоне совместного применения минеральных удобрений и навоза – до 29,7–32,0 %.

Установлено, что улучшение условий питания озимой пшеницы способствовало увеличению стекловидности зерна с 60 % до 69–70 %, а содержания белка с 12,0–12,5 % до 13,2–13,4 %. Одновременно увеличивается масса 1000 зерен на 11,0–12,9 % и натура зерна с 725 до 750 г/л и, самое главное, улучшается качество сырой клейковины (А.М. Беляков, 2004).

Е.М. Лебедь и Н.Ф. Сокрута (1985) также отмечают закономерное увеличение высоты растений кукурузы по мере роста дозы удобрений. Так, в варианте без удобрений высота растений достигает 227 см, на фоне N₉₀P₆₀K₄₅ высота растений составила 239 см.

Д.А. Алтунин, Л.Н. Салмин, Л.Т. Шушарина (2001) подсчитали коэффициенты использования питательных веществ из внесенных удобрений на формирование урожая зеленой массы кукурузы. Установлено, что азот из азотных удобрений использовался на 45–68 %, фосфор из фосфорных удобрений – на 4,0–13,6 %, а калий из калийных удобрений – на 86–100 %.

Результаты, полученные Г. Агладзе (2003), Г.С. Местешовым, Ю.В. Соколовым, В.А. Сечиным (2003) в опытах на осушенных землях, свидетельствуют, что при возделывании сортов и гибридов кукурузы минеральные удобрения в дозе N₁₅₀P₉₀K₉₀ увеличивали высоту растений на 43 см по сравнению с контролем, также выше закладывались початки. При возделывании гибридов различных групп спелости более поздние гибриды имели большую урожайность зеленой массы и зерна: у ранних – 240–280 ц/га зеленой массы и 45–55 ц/га зерна, а у более поздних – 280–310 ц/га и 55–65 ц/га соответственно.