МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА

 

 
"РОЛЬ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА В ОБЕСПЕЧЕНИИ УСТОЙЧИВОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ ЭКОСИСТЕМ "
 
(МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ)
 
Москва 2006
 

УДК 504: 631.6

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ  РАЗВИТИЯ РАСТЕНИЙ ПРИ КОМПЛЕКСНОМ

ЭКОЛОГО-МЕЛИОРАТИВНОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ОРОШЕНИЯ, СИДЕРАЦИИ И ОПЫЛЕНИЯ МНОГОЛЕТНИХ ТРАВ В АРИДНЫХ И ГУМИДНЫХ ЗОНАХ

 

Е.И.Кузнецова – д. с-х. н.; Н.К.Сидоренкова – к. с-х. н.

Т. С. Румянцева – к. с-х. н.;  Т.В. Леонидова – к. с-х. н.

ВНИИ кормов им. В.Р.Вильямса  г. Москва, Россия

 

Н.Д. Дуйшембиев– к. с-х. н., доцент

Кыргызский аграрный  университет  г. Бишкек, Кыргызстан

 

Значительное сокращение оросительных мелиораций и  поступления в почву элементов питания с органическими и минеральными удобрениями,  вызывает реальную угрозу снижения уровня плодородия почв и, соответственно, урожайность возделываемых культур, особенно в Нечерноземье РФ.

Острота проблемы может быть снижена за счет применения в качестве удобрений сидерации многолетних трав (люцерна хмелевидная, козлятник восточный, клевер красный, люпин узколистный), экологически безопасного мелкодисперсного дождевания (МДД), опыления агроценозов и биогумуса. С применением в качестве удобрений зеленой массы многолетних трав были проведены полевые опыты в 1998-2005 гг. на опытном поле кафедры земледелия Тверской государственной сельскохозяйственной академии и ВИК 2002-2006 гг. (в том числе хоз. тема 2)  почвы – дерново-подзолистые супесчаные на морене и тяжелые суглинки на посевах льна-долгунца, льна масличного, озимой ржи яровой и озимой пшеницы, зерновых и многолетних бобовых трав в вариантах, где в качестве удобрений была с осени запахана зеленая масса (трехкомпонентная – козлятник, люпин, клевер) и  поддержан микро- и фитоклимат с помощью МДД, урожайность льносоломы превышала на 23 %, льносемян – на 31,5 %, а зерна озимой пшеницы и ржи – от 37 до 50%.

Максимальный эффект от запашки зеленой массы зависит от комплексного эколого-мелиоративного воздействия на агроценоз, а именно,  влажности почвы и воздуха экосреды, перепада температур в системе «лист – воздух» и  времени скашивания многолетних трав. Как показали наши исследования, наиболее эффективно действует на микробиологические процессы в дерново-подзолистой почве: люцерна хмелевидная, козлятник восточный третьего года развития, скошенные в фазе бутонизации, клевер второго года пользования, скошенный в фазе цветения, копеечник альпийский, люцерна желтая и хмелевидная и люпин узколистный однолетний, скошенный в фазе начала бутонизации., при влажности почвы не менее 65-72 % НВ, перепада температур в системе «лист – воздух» 1-20 С.

При возделывании многолетних трав температурный режим среды растений был ежесуточно поддержан с помощью экологически безопасного мелкодисперсного дождевания разовой нормой 0,6-0,8 м3/га, диаметром капель 300-700 микрон, интервалом увлажнений от 2-8 часов. Биометрические  показатели и экологические критерии развития растений при МДД на 35-57 % были выше, чем на контроле.

Рост корневой системы бобовых и зерновых культур

В.Р. Вильямс подчеркивал роль корневой системы злаковых и бобовых культур в образовании структуры почвы. При аэробном разложении этих корней образуется много азотно-кислого и серно-кислого кальция, который при диссоциации образует катион кальция. Катион кальция поглощается перегноем и придает ему прочность /Вильямс В.Р., 1939/. Анализ наших исследований показывает, что мелкодисперсное дождевание имеет эколого-физиологическое значение, так как способствует лучшей симбиотической работе бобовых, а экономно используемая растением и сохраненная почвенная влага создает благоприятные экологические условия для роста корневой системы (см. табл. 1).

Влияние биогумуса на биологическую активность дерново-подзолистых почв зависело от его дозы. Внесение 30 т/га вермикомпоста и 60 т/га ТНК практически одинаково сказалось на скорости разложения ткани. В среднем за 1 месяц она составила 16 % в супесчаной почве и соответственно 14,8 и 14,5 % в легкосуглинистой. Достаточно эффективной оказалась и доза биогумуса 12 т/га, процент разложения льняной ткани здесь превысил контрольный варианта супесчаной и легкосуглинистой почв на 4,8 и 4,4 %, соответственно.

Одни минеральные туки по влиянию на биологическую активность почв заметно уступают органическим удобрениям, однако их действие на разложение ткани в супесчаной почве оказалось несколько выше, чем в более связной легкосуглинистой.

Таблица 1

Наибольшая глубина проникновения корневой системы полевых культур и средний

прирост корней в сутки, данные аридной зоны за 1986-1991 гг. и гумидной за 1993-2005гг.

 

Культура

Аридная зона

Гумидная зона

Глубина проникновения корней, см

Средний при-рост корней

в сутки, см

Глубина проникновения корней, см

Средний прирост корней в сутки, см

при

МДД

без

МДД

при

МДД

без

МДД

при

МДД

без

МДД

при

МДД

без

МДД

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Сахарная свекла

262

210

2,51

1,95

121

72

1,09

0,82

Семенники сахарной свеклы

150

122

1,32

1,01

92

55

0,85

0,61

Кормовая свекла

186

143

1,55

1,12

101

58

0,95

0,51

Продолжение табл. 1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Ячмень, рожь,ози-мая и яровая пшеница

146-155

115-127

1,55-1,7

1,19-1,3

81-101

51-75

0,85-102

0,60-0,74

Овес

172

126

1,85

1,33

92

63

0,88

0,64

Горох

150

122

1,63

1,30

75

41

0,73

0,39

Вика

131

105

1,35

1,12

64

38

0,56

0,35

Козлятник восточ-ный и лекарственный, копеечник альпийский, люцерна хмелевидная

132-145

70-82

1,20-1,32

0,80- 0,85

Лен-долгунец

82

45

0,77

0,43

Лен масличный

85

51

0,81

0,50

Клевер красный

87

50

0,91

0,72

Люпин узколистный

95,3

74

1,1

9,0

 

При использовании орошения и опыления (1997-2005 гг.) клевера, козлятника восточного, копеечника альпийского, люцерны желтой и хмелевидной значительно возрастало количество и масса клубеньков, особенно в засушливые годы 1999, 2002, 2005, и при назначении срока полива по эколого-физиологическим показателям /патенты Грамматикати О.Г., Кузнецова Е.И., 1997; Кузнецова Е.И., Мартынов Ю., Чайка Д.В., 2003.; Кузнецова Е.И., Силков М.В., 2002/. Впервые в практике земледелия, экологии и мелиорации  применяли орошение сельскохозяйственных культур (семенники сахарной свеклы, сахарная свекла, яровая и озимая пшеница, чистые и смешанные посевы ячменя, овса, гороха, клевер, козлятник лекарственный и восточный, копеечник альпийский, люцерна желтая и хмелевидная) в аридной и гумидной зонах (1986-2005 гг.) по перепаду температур в системе лист – воздух. Назначение срока полива по эколого-физиологическим показателям наиболее эффективно и для продуктивности растений (исключается депрессия фотосинтеза) и для плодородия почвы. Нами доказана сильная зависимость между работой устьичного аппарата растений, водопотреблением, температурным режимом почвы и растений, азотфиксацией  агроценозов. При нарушении микро и фитоклимата среды растений, даже при достаточных водных запасах почвы, наблюдается депрессия эколого-физиологических критериев развития растений, напрямую влияющих на резкое снижение продуктивности  растений и плодородия почвы.

Действие удобрений на содержание органического вещества и его состав. Внесение в дерново-подзолистую супесчаную почву биогумуса в дозе 12 т/га и минеральных туков в количестве, эквивалентном по содержанию NРК навозу, практические не вызывает накопления в ней органического вещества. Лишь на фоне ржаной соломы и вермикомпоста в дозе 20 т/га установлено его возрастание, составившее соответственно 0,07-0,08 %. В последующем на фоне указанной дозы биогумуса это позволило поддерживать бездефицитный баланс органического вещества в почве в течение трех лет. Солома оказала положительное влияние лишь два года. Биогумус в дозе 30 т/га впервые два года действия удобрений вызвал практически такое же изменение содержания органического вещества почвы, как и двойные по массе дозы навоза и ТНК. Однако, начиная с третьего года трансформации удобрений, вермикомпост уступил традиционным видам удобрений. Наибольшее увеличение углерода органического вещества обеспечил торфонавозный компост, и это преимущество сказалось до конца ротации 5-польного севооборота, а бездефицитный баланс углерода поддерживался четыре года.

Для сведения к минимуму неоднородности расположения удобрений в толще пахотного слоя, нами был заложен вегетационно-полевой опыт, при закладке которого удобрения с почвой перемешивали на полиэтиленовой пленке руками. Полученные в этом опыте данные полностью подтверждают результаты полевого опыта, хотя абсолютное изменение содержания органического вещества в почве имело иную выраженность. Это связано, прежде всего, с более тяжелым гранулометрическим составом почвы. Если минимальная доза биогумуса (12 т/га) в супесчаной почве обеспечила бездефицитное количество органического вещества лишь на один год, то в легкосуглинистой это четко прослеживалось два года. К концу третьего года действия удобрений на фоне всех удобренных вариантов, за исключением минимальной дозы биогумуса и соломы, содержание органического вещества в почве превышало исходное значение. Половинная по отношению к навозу и ТНК доза вермикомпоста по своему влиянию на органическое вещество почвы почти не уступает полным дозам указанных удобрений.

Изучение динамики содержания органического вещества в пахотном слое по годам показало происходящую его минерализацию, которая характерна для обеих почв (табл. 2).

На контрольных вариантах разложение органического вещества в сумме за три года составило: на супесчаной – 4,7, легкосуглинистой – 3,5 %. Значительно возросли потери углерода в почве вариантов с удобрениями, особенно где использовали навоз. В супесчаной почве на фоне навоза минерализация органического вещества за три года достигла 14,5 %, а за пять лет – 20,2 %. В легкосуглинистой в варианте с навозом за три года минерализовалось 12,4 %.

Таблица 2

Влияние удобрений на групповой состав органического вещества

дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы в слое 0-20 см

Вариант

опыта

С-валовой, %

С-гуминовых кислот

С-фульво-кислот

ГК

ФК

С-негидро-лизуемого

остатка

1

Σ

Σ

До закладки опыта

Исходная почва, 1993

1,71

11,9

24,6

5,9

30,3

0,81

45,1

Осень, 1993 г.

Контроль

1,70

11,7

24,4

6,7

30,5

0,80

45,7

Навоз, 60 т/га

1,84

13,6

28,2

6,4

31,3

0,90

40,5

ТНК, 60 т/га

1,92

14,2

28,7

5,8

31,2

0,92

40,1

Биогумус, 30 т/га

1,82

13,8

29,0

5,6

32,2

0,90

38,8

Биогумус, 12 т/га

1,77

13,0

26,8

5,7

31,5

0,85

41,7

N120Р120К120

1,71

12,0

25,0

6,2

31,2

0,80

43,8

Осень, 1995 г.

Контроль

1,65

11,8

24,5

5,5

31,0

0,79

44,5

Навоз, 60 т/га

1,75

12,6

26,7

6,0

31,0

0,86

42,3

ТНК, 60 т/га

1,78

13,6

28,2

6,2

31,3

0,90

40,5

Биогумус, 30 т/га

1,74

13,0

28,0

5,4

31,1

0,90

40,9

Биогумус, 12 т/га

1,70

12,2

25,5

5,5

30,0

0,85

44,5

N120Р120К120

1,66

12,0

24,7

6,3

30,9

0,80

44,4

По иному происходит минерализация более гумифицированных торфонавозного компоста и биогумуса, разлагающихся гораздо медленнее. В частности, органическое вещество биогумуса в биохимическом отношении более устойчиво, поскольку в нем частично уже произошли процессы гумификации. Исходя из этого, при его использовании имеет место простое внесение в почву уже «готовых» гумусовых веществ, а также происходит дополнительная гумификация полуразложившихся органических остатков исходных компонентов.

Обобщенные данные, полученные за три года разложения удобрений, свидетельствуют, что в течение этого периода минерализация навоза составила 58,4-68,8 %, ТНК – 52,1-61,7 %, соломы – 18,0-19,3 % и биогумуса – 14,6-28,5 %.

Данные по составу органического вещества дерново-подзолистой супесчаной почвы свидетельствуют, что в первый год действия удобрений наибольшее увеличение общего количества органического вещества, а также гуминовых кислот произошло от ТНК, навоза бесподстилочного и половинной по отношению к нему дозы биогумуса.

 

 

 

Таблица 3

Вариант

опыта

Кормовая свекла, корнеплоды, 1993 г.

Ячмень, зерно,

1994 г

Картофель, клубни,

1995 г., ц/га

В среднем за 3 года, зерн. ед.

кг/м2

прибав-ка к кон-тролю

кг/м2

прибав-ка к кон-тролю

кг/м2

прибав-ка к кон-тролю

кг/м2

прибав-

ка к кон-тролю

Контроль

2,30

0,22

1,60

0,36

Навоз, 60 т/га

3,00

1,30

0,32

0,10

2,03

0,43

0,51

0,15

ТНК, 60 т/га

3,84

1,54

0,34

0,12

1,85

0,25

0,52

0,16

Солома, 3,5 т/га

1,80

0,50

0,26

0,04

1,65

0,05

0,34

– 0,02

Биогумус, 30 т/га

4,75

2,45

0,37

0,15

1,92

0,32

0,60

0,24

Биогумус, 20 т/га

4,10

1,80

0,30

0,08

1,80

0,20

0,52

0,16

Биогумус, 12 т/га

3,70

1,40

0,27

0,05

1,72

0,12

0,48

0,12

NРК

3,55

1,25

0,33

0,11

1,86

0,26

0,50

0,14

НСР0,05

0,21

 

0,032

 

0,18

 

 

 

 

Значительное возрастание гуминовых кислот имело место и на фоне вермикомпоста 0,3 от навоза, где их количество составило 32,6 % от общего содержания перегноя, тогда как на контроле оно было равным 29,4 %. В соответствии с увеличением доз биогумуса возрастало и количество всех фракций гуминовых кислот. На контроле содержание фракции 1 и суммы фракций 2 + 3 соответственно составило 10,6 и 18,6 % от общего количества органического вещества, в почве с дозой биогумуса 30 т/га – 12,8 и 20,7 %, а на фоне вермикомпоста 12 т/га – 11,6 и 20,0 %. Менее заметным было изменение содержания фульвокислот. Наиболее широкое отношение ГК: ФК (0,9-0,94) установлено в почве с ТНК, навозом бесподстилочным и биогумусом в половинной от него дозе. Последующая трансформация группового состава гумуса в почве с удобрениями идет, главным образом, в сторону постепенного увеличения относительного содержания фульвокислот и снижения доли гуминовых кислот.

На варианте с навозом бесподстилочным и вермикомпостом в дозе 30 т/га, отношение ГК: ФК соответственно изменилось: 0,91-0,90 в 1993 г. до 0,845-0,84 в 1995 г. Лучший состав гумуса обеспечил торфонавозный компост. 

Изменение состава органического вещества более связной легкосуглинистой почвы при внесении органических удобрений в основном соответствует тем же закономерностям, что и для супесчаной почвы.

Полные дозы навоза и ТНК оказали практически одинаковое влияние на изменение состава перегноя. Они почти на 4 % увеличили количество ГК, в результате чего расширилось отношение ГК : ФК до 0,90-0,92, вместо 0,8 на контроле. Примерно такое же влияние на состав органического вещества почвы оказала и половинная по отношению к навозу доза биогумуса. В первый год действия удобрения содержание ГК возросло по отношению к контролю на 4,6 %, а отношение ГК : ФК соответствовало полной дозе навоза (0,9).

В последующем групповой состав органического вещества на данном опыте исследовали через два года, в 1995 г. За прошедший период на опытном участке возделывался картофель, ячмень и овес. В результате на всех вариантах произошло снижение общего содержания органического вещества и гуминовых кислот, тогда как количество фульвокислот осталось практически без изменения. По истечении трех лет разложения удобрений в почве, отношение ГК : ФК составило: на контроле 0,79, по навозному фону 0,86, от ТНК и биогумуса (39 т/га) 90. Минеральные удобрения улучшения качественного состав перегноя не вызвали.

Возрастание количества гуминовых кислот при внесении органических удобрений происходит в основном за счет увеличения свободной фракции 1, которая ввиду слабого закрепления почвой уже на следующий год значительно минерализуется. Это сказывается на сужении отношения ГК : ФК и возврате перегноя к своему исходному фульватному типу гумусового профиля. В год внесения удобрений несколько увеличивается растворимость гумусовых веществ, а вызванные биогумусом изменения в составе органического вещества оказываются более стабильными.

Влияние органических удобрений на динамику питательного режима дерново-подзолистых почв. Органические удобрения существенно улучшали питательный режим почв. Содержание азота в дерново-подзолистых почвах разного гранулометрического состава весьма динамично и зависит в основном от интенсивности протекания процессов нитрификации и аммонификации.

В год закладки опыта в дерново-подзолистой супесчаной почве содержание аммиачного азота заметно снижалось в июне и снова повышалось в июле. Подобная тенденция в содержании аммиачной формы азоты в почве полевого опыта сохранилась и в годы последействия удобрений. Существенную прибавку этого элемента обеспечили торфонавозный компост, навоз бесподстилочный. Половинная по отношению к навозу и ТНК доза биогумуса оказала практически такое же действие на исследуемый показатель, как и полные дозы традиционных удобрений. Минимальное содержание аммиачного азота было в почве с соломой.

Из отдельных видов органических удобрений наибольшее накопление аммиачного азота обеспечили биогумус в дозе 0,5 от навоза и ТНК. В год внесения удобрений прибавка этого элемента в почве с биогумусом составила 22,6 мг на 100 г почвы, однако, более продолжительным действием обладал торфонавозный компост. На третий год трансформации удобрений различия между отдельными вариантами практическим сгладились, хотя некоторое преимущество было за навозом и ТНК.

Динамика нитратного азота в определенной степени соответствовала содержанию аммония в почве, хотя и на более низком уровне. Аналогично аммиачному азоту, максимальное накопление нитратов вызвали биогумус, торфонавозный компост, навоз бесподстилочный. Можно предположить, что несоответствие между медленным разложением вермикомпоста в почве и высоким уровнем содержания подвижного азота обусловлено не только внесением данного элемента с удобрением, но и является результатом мобилизации азота из азотсодержащих соединений самой почвы. Присутствующая в капролитах червей микрофлора увеличивает трансформацию почвенных минералов и способствует более быстрому протеканию обменных реакций. Сезонная динамика подвижных форм фосфора и калия заключалась в увеличении их количества в июне и снижении к августу.

Содержание подвижных форм фосфора и калия в почве коррелирует с фазами развития возделываемых культур, интенсивностью минерализации органического вещества почвы и удобрений содержанием указанных элементов

В последующие годы на поле опытного участка чередовались посевы овса и ячменя. Коэффициент структурности к уровню предыдущего года (1994) увеличился на всех вариантах опыта. В частности, самое высокое значение этого показателя (1,43) имела почва с биогумусом в половинной дозе от навоза.

Изменение агрегатного состава супесчаной почвы в 1996-1997 гг. связано преимущественно со снижением количества зернистых элементов и возрастанием комков размером свыше 10 мм. В сравнительном отношении более продолжительное оструктуривающее влияние на супесчаную почву (сухой рассев) оказали такие виды удобрений, как ТНК и биогумус в половинной дозе от навоза. Положительное влияние органических удобрений на количество водопрочных агрегатов проявилось уже в год внесения их в почву. Так, если на контроле содержание частиц менее 0,25 мм было 78,2 %, то на фоне удобренных делянок они составляли 71,4-75,1 %. Зернистых элементов (0,25-0,5 мм) также больше всего содержала почва удобренных вариантов. Наилучшее окультуривающее действие проявили навоз бесподстилочный и биогумус в дозе 0,5 и 0,3 от навоза.

 

Выводы

 

Основная масса пахотных дерново-подзолистых почв  центрального Нечерноземья обладает невысоким уровнем плодородия. Для них характерно пониженное содержание гумуса и его гуматно-фульватный характер, небольшой по мощности перегнойный горизонт, часто повышенная кислотность, наметилась тенденция в снижении количества подвижных форм фосфора и калия, многим почвам свойственна плохо выраженная водопрочная структура.

Опытами, проведенными на землях ВНИИ кормов им. В.Р. Вильямса 2002-2006 гг. в звеньях зерно – травяного севооборота наиболее эффективными парозанимающими культурами, способствующими значительному повышению урожайности  яровых и озимых культур оказались люцерна хмелевидная и клеверные пары, где первый укос использовали на корм, а второй на сидерат.

Нашими опытами доказано, что эффективным способом окультуривания таких почв является сидерация многолетних трав (люцерна хмелевидная, козлятник (лекарственный и восточный), люпин, клевер, копеечник альпийский, люцерна желтая), орошение и опыление агроценозов, и органические удобрения, притом особое значение приобретают новые виды, которые по многим показателям превосходят традиционные удобрения.

 

 

   
Вернуться к Оглавлению...