Плодородие и ферментативная активность дерново-подзолистой почвы при длительном применении удобрений
На правах рукописи
Румянцева Ирина Васильевна ПЛОДОРОДИЕ И ФЕРМЕНТАТИВНАЯ АКТИВНОСТЬ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ПРИМЕНЕНИИ УДОБРЕНИЙ Специальность: 03.02.13-почвоведение
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук
Воронеж-2012
Работа выполнена в Воронежском государственном университете доктор биологических наук, доцент
Научный консультант:
Девятова Татьяна Анатольевна доктор биологических наук, профессор
Официальные оппоненты:
Щеглов Дмитрий Иванович кандидат сельскохозяйственных наук Стекольников Константин Егорович ГНУ Воронежский НИИСХ
Ведущая организация:
им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии
Защита диссертации состоится «01» марта 2012 г. в 12.00 на заседании дис сертационного совета Д 220.010.06 ФГБОУ ВПО «Воронежского государственно го аграрного университета им. императора Петра I» по адресу: 394087, г. Воро неж, ул. Мичурина, 1, ауд. 268.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Воронежского государственного аграрного университета им. императора Петра I» и на электронном сайте ВАК [email protected].
Тел.: 8 (473)-253-88-27;
E-mail: [email protected] Факс: 8 (473)-253-81-39;
8 (473)-253-86- Автореферат разослан «24» января 2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета кандидат сельскохозяйственных наук, доцент О.М. Кольцова ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ Вопросы оптимизации минерального питания сельскохозяйственных кул ь тур на дерново-подзолистых почвах до сих пор остаются актуальными, поскол ь ку внесение повышенных доз удобрений не всегда экологически и экономиче ски оправдано, кроме того слабо изучены процессы трансформации дерново подзолистых почв под влиянием агрохимикатов (Аристархов А.Н, 2004, Минеев В.Г., 2006, Сычев В.Г. и др., 2008).
Разработка научно-обоснованных систем применения удобрений с исполь зованием многофакторных схем и изучение их действия на баланс органиче ского вещества, элементов минерального питания, биологическую активность, а также продуктивность культур являются первоосновой оптимизации почвенно го плодородия в зоне дерново-подзолистых почв (Конова А.М. и др., 2011, Мерз лая Г.Е. и др., 2010, Мязин Н.Г. и др., 2011, Новоселов С.И., 2011, Шаповалов В.Ф. и др., 2008, Яковлев А.С. и др., 2011). На дерново-подзолистых почвах Смо ленской области подобные исследования ранее не проводились.
Данная работа является составной частью научных тем кафедры экологии и земельных ресурсов Воронежского государственного университета «Разработка теоретической и информационной основы исследования состояния биосистем» и лаборатории агрохимии органических удобрений Всероссийского научно исследовательского института агрохимии им. Д.Н. Прянишникова «Разработка рекомендаций по проектированию интегрированного применения средств хими зации в ресурсосберегающих технологиях адаптивно-ландшафтного земледелия».
Исследования выполнены при финансовой поддержке гранта РФФИ № 09-04-97504.
Цель исследований. Выявление тенденций изменений основных показате лей плодородия и ферментативной активности дерново-слабоподзолистой почвы под влиянием длительного систематического применения различных доз и соче таний минеральных и органических удобрений.
Задачи исследований.
1. Исследовать изменения агрохимических показателей плодородия дерново слабоподзолистой почвы опыта в пространственном и временном аспекте.
2. Изучить сопряженное влияние минеральных и органических удобрений на физико-химические свойства объекта исследования.
3. Определить интенсивность и направленность биохимических процессов в дерново-слабоподзолистой почве опыта в условиях применения различных доз и сочетаний вносимых удобрений.
4. Провести корреляционно-регрессионный анализ зависимости продуктив ности культур севооборота от показателей плодородия почвы и доз вносимых удобрений.
Научная новизна работы. Впервые в условиях западной части Нечернозем ной зоны РФ на базе многофакторного стационарного опыта получены экспери ментальные данные по изменению агрохимических, физико-химических и биоло гических показателей плодородия дерново-слабоподзолистой почвы под влияни ем одностороннего и комплексного применения органических и минеральных удобрений. Проведена энергетическая оценка органического вещества дерново подзолистой почвы. Исследована специфика биохимических процессов, происхо дящих в дерново-подзолистой длительно удобряемой почве. На основе изменения показателей плодородия во времени установлены и выражены в виде регрессион ных уравнений особенности действия систем удобрений на агрохимические пока затели и ферментативную активность дерново-слабоподзолистых почв Смолен ской области, продуктивность агроценозов.
Практическая значимость работы. Установленные корреляционно регрессионные зависимости показателей плодородия и ферментативной активно сти дерново-слабоподзолистой почвы от доз и сочетаний минеральных удобрений и навоза могут быть использованы для разработки рекомендаций по регулирова нию уровня обеспеченности растений элементами питания и корректировки доз удобрений, способствующих воспроизводству плодородия почвы, повышению сбалансированности и экологической обоснованности систем удобрений в Нечер ноземной зоне России. Установлены оптимальные дозы удобрений (N54-81P54-81K54 81Н6,6-9,9) под зерновые культуры на бедных гумусом дерново-подзолистых почвах для повышения продуктивности пашни.
Полученные результаты использованы при разработке методики фотометри ческой диагностики азотного питания зерновых и других культур.
Материалы диссертации используются в курсах лекций по агрохимии и эко логии в Воронежском государственном университете и в Воронежском государ ственном аграрном университете.
Защищаемые положения.
1. Агрохимические и физико-химические показатели плодородия дерново слабоподзолистой супесчаной почвы находятся в тесной зависимости с дозами и сочетаниями минеральных удобрений и навоза.
2. Интенсивность и направленность минерализационно-иммобилизационных процессов трансформации соединений углерода, азота и фосфора в дерново слабоподзолистой почве могут характеризоваться уровнем ее ферментативной ак тивности и определяются особенностями применяемой системы удобрений.
3. Динамика продуктивности сельскохозяйственных культур в зависимости от доз и видов удобрений как основа ее прогнозирования и управления в условиях дерново-слабоподзолистой супесчаной почвы.
Апробация диссертационной работы. Основные положения диссертации были доложены на IV международной конференции студентов и молодых ученых «Актуальные проблемы инновационного развития агропромышленного комплек са. Будущее АПК» (г. Астрахань, 2010), на XVII Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (г. Москва, 2010), на на учно-практической конференции «Актуальные проблемы почвоведения, экологии и земледелия» (г. Курск, 2010), на научных сессиях Воронежского государствен ного университета (г. Воронеж, 2009, 2010, 2011).
Публикации. По материалам исследований опубликовано 15 печатных ра бот, в том числе 3 статьи в журналах перечня ВАК РФ.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из вве дения, 6 глав, выводов, списка использованной литературы. Основной материал изложен на 170 страницах машинописного текста и включает в себя 34 таблицы, 16 рисунков. Список литературы состоит из 360 работ (из них 42 работы зарубеж ных авторов).
Автор выражает глубокую благодарность и искреннюю признательность на учному руководителю - д.б.н., проф. Т.А. Девятовой за оказанную помощь и под держку в выполнении исследований, подготовке и написании данной работы, на учным сотрудникам ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова – д.с-х.н., проф. Р.А. Афа насьеву, д.с-х.н., проф. Г.Е. Мерзлой за ценные советы и практическую помощь при проведении полевых работ, а также коллективу кафедры экологии и земель ных ресурсов Воронежского государственного университета за содействие.
СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ Глава 1 Обзор литературы В п. 1.1 «Ферментативная активность как биодиагностический показатель экологического состояния почвы» приводится подробный анализ научных дан ных, посвященных проблеме исследования: показана актуальность и целесооб разность использования показателей биохимической активности почв в качестве индикаторов интенсивности воздействия и эффективности применяемых агротех нологий при решении прикладных задач почвоведения, связанных с плодородием почв (Безлер Н.В. и др., 2009, Девятова Т.А. и др., 2010, Сычев В.Г., 2003, Сюняев Х.Х., 2006, Терехова В.А., 2011, Хазиев Ф.Х., 2005, Щербаков А.П. и др., 2000).
В п. 1.2 «Влияние антропогенного воздействия на показатели плодородия, ферментативную активность почв и урожайность сельскохозяйственных культур» представлен обзор основных работ, посвященных вопросу воспроизводства пло дородия почв, создания и поддержания почвенных условий формирования урожая и качества сельскохозяйственной продукции на основе требований агроэкологи ческого императива. Приводятся сведения о механизмах влияния различных сис тем применения удобрений и мелиорантов на агрохимические, физико химические, биологические свойства и продуктивность агроэкосистем. Показана перспективность использования органо-минеральных систем удобрений в зоне дерново-подзолистых почв Нечерноземья (Афанасьев Р.А. и др., 2008, Беличенко М.В. и др., 2008, Гомонова Н.Ф и др., 2007, Кончиц В.А. и др., 2010, Минеев В.Г., 2004, Мязин Н.Г., 2009, Сычев В.Г. и др., 2004, Фомкина Т.П., 2007).
Глава 2 Почвенно-климатические условия, объекты и методика прове дения почвенно-агрохимического полевого опыта В п. 2.1 «Природные условия района исследований» описываются географи ческое положение, геологическое и геоморфологическое строение территории Смоленской области, гидрологические условия, климат, представлено состояние почвенного покрова, растительность и животный мир.
В п. 2.2 «История опытного поля ВИУА пос. Ольша Смоленской области» и п. 2.3 «Морфогенетическая и химическая характеристика свойств дерново слабоподзолистой супесчаной почвы» приводится описание условий закладки по левого опыта, дана характеристика почвы опытного участка и методики проведе ния исследований.
Полевой опыт заложен в 1978 г. в западной части Нечерноземной зоны Рос сии (пос. Ольша Смоленской области) сотрудниками Всесоюзного института удобрений и агропочвоведения им. Д.Н. Прянишникова в соответствии с «Про граммой и методикой исследований в Географической сети опытов по комплекс ному применению средств химизации в земледелии». При планировании опыта в основу была положена схема 1/27 (6*6*6*6), включающая различные дозы и соче тания азотных, фосфорных, калийных удобрений и навоза в шести градациях, со ставляющих в комплексе 48 вариантов. Общая площадь под опытом 10,5 га, по севная площадь опытной делянки - 112 (16*7) м2, учетная площадь - 48 (12*4) м2.
Опытные поля заняты 7-польным севооборотом со следующим чередованием культур: однолетние травы (овес «Скакун» на зеленый корм), озимая рожь «Вос ход», ячмень «Гонор», многолетние травы 1-го и 2-го годов пользования, яровая пшеница «Мисс», овес «Скакун». Перед первой и второй ротацией севооборота было проведено известкование почвы по полной гидролитической кислотности.
Направленность изменения показателей плодородия и ферментативной ак тивности дерново-слабоподзолистой почвы опыта под влиянием различных сис тем применения удобрений изучали в наиболее контрастных вариантах (табл.1).
Таблица 1 - Схема проведения исследований Номер Минеральные удобрения, кг д.в./га Органические удобрения, т/га варианта NH4NO3 Са(H2PO4)2*H2O КCl Навоз КРС 1 0 0 0 2 27 27 27 3, 3 54 54 54 6, 4 81 81 81 9, 5 108 108 108 13, 6 135 135 135 16, 7 81 0 0 8 0 81 0 9 0 0 81 10 81 81 81 11 0 0 0 Химический анализ почвенных образцов проводился в трехкратной повтор ности в лаборатории кафедры экологии и земельных ресурсов Воронежского го сударственного университета. Содержание гумуса в образцах почвы определяли по методу Тюрина, щелочногидролизуемый азот - по методу Корнфилда, подвиж ный фосфор и обменный калий - в вытяжке Кирсанова, обменную реакцию поч венной среды - в 1,0 н КCl вытяжке потенциометрически, гидролитическую ки слотность - по Каппену, обменные основания - комплексонометрическим мето дом, гранулометрический состав - методом пипетки с обработкой пирофосфатом натрия. Каталазную активность определяли титрометрическим методом по Джон сону и Темпле. Активность инвертазы, уреазы, протеазы, фосфатазы, пероксидазы и полифенолоксидазы определяли колориметрически на спектрофотометре UV-2401 PC SHIMADZU. При анализе продуктивности культур севооборота ис пользовались данные ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова и Смоленского НИИСХ.
Учет урожая производили сплошным методом поделяночно. Полученные резуль таты пересчитывали на 100% чистоту и 14% влажность зерна.
Статистическая обработка результатов исследования выполнена в программе Microsoft Excel, Statistica 7.0 для ПК. Графическое оформление результатов про водили в программе Microsoft Excel.
Почва опытного участка - дерново-слабоподзолистая супесчаная на супесча ной бескарбонатной морене. Содержание гумуса 2,4%, с глубиной (40-50 см) дан ный показатель резко снижается до 0,96%. Количество подвижных соединений фосфора 18,6 мг/100 г почвы, обменного калия - 12,0 мг/100 г почвы, щелочно гидролизуемого азота - 10,5 мг/100 г почвы. Сумма поглощенных оснований ко леблется от 3,0 мг-экв/100г почвы в слое 0-10 до 8,8 мг-экв/100г почвы за преде лами метровой толщи. В ППК кальций (1,8-7,7 мг-экв/100г почвы) преобладает над магнием (0,5-1,2 мг-экв/100г почвы). Гидролитическая кислотность равна 2, мг-экв/100 г в верхнем слое мощностью 0-10 см, в средней части профиля увели чивается до 4,4 и в нижней части составляет 0,9 мг-экв/100 г почвы. Степень на сыщенности основаниями колеблется в пределах 54,6-91,0%. Реакция почвенной среды в верхней (рНKCl=5,5-4,4) и нижней части профиля (рНKCl=4,7-6,1) слабо кислая и кислая, в средней части сильнокислая (рНKCl=4,0).
По соотношению физической глины и физического песка дерново слабоподзолистая почва является супесчаной. В горизонте А содержание физиче ской глины минимально - 17,6%. Вниз по почвенному профилю отмечается утя желение гранулометрического состава почвы до легкого суглинка в горизонте АЕ и среднего в ЕВ, В и С. Это обусловлено механическим переносом илистого мате риала из элювиального горизонта вниз по профилю и его аккумуляцией в ниже лежащих горизонтах. Преобладающей фракцией во всех горизонтах является мел кий песок и крупная пыль (34,9-45,6%, 15,2-32,6%). На глубине 40-50 см имеется прослойка связного песка, физический песок которого на 61,7% представлен мел ким песком и на 22,8% фракцией крупной пыли. Наибольшее количество илистых частиц содержится в средней части профиля 20,4-21,9% при резком падении на глубине 120 см до 2,7%. В фракционном составе физической глины преобладает илистая фракция - 14,7-66,0% от суммы фракций, на долю мелкой пыли прихо дится 21,0-47,4%, средней пыли - 14,3-34,1%. Фракционный состав групп физиче ского песка характеризуется превалированием мелкого песка (52,3-67,1%) и круп ной пыли (21,7-39,5%) с небольшой долей среднего песка (8,1-10,0%).
Глава 3 Физико-химические свойства дерново-слабоподзолистой супес чаной почвы Анализ полученных данных за 4 ротации севооборота показал, что реакция почвенного раствора зависит от систем применения удобрений и отсутствия из весткования за последние 14 лет. На неудобренном варианте наблюдается досто верный рост величины обменной кислотности почвы на 1,0 ед. по сравнению с исходным состоянием (рНKCl=6,1). Завершение последействия внесенной извести привело к повышению кислотности почвы на 0,6-0,8 ед. на вариантах с односто ронним применением азотных, фосфорных и калийных удобрений, а их ком плексное внесение в дозе 81 кг д.в./га способствовало максимальному подкисле нию почвы - на 1,5 ед. (рНKCl=4,6) к началу 5 ротации севооборота. На вариантах с органо-минеральной системой удобрений увеличение кислотности почвы не столь выражено (рНKCl=4,7-5,6). Стабилизация обменной кислотности почвы (рНKCl=5,7) по сравнению с исходным состоянием наблюдалась на фоне применения органи ческой системы удобрений (9,9 т/га). Зависимость величины обменной кислотно сти почвы от доз вносимых удобрений за первые 3 ротации (3.1) и в начале 5 ро тации севооборота (3.2) отражена в следующих уравнениях регрессии: y = 5,28 + 4,04Р2 - 1,087Р + 0,222Н – 4,227Н2, (r=0,58, R2=0,44) (3.1), y = 0,0315 x + 3, (r=0,67, R2=0,45) (3.2). Наибольшая величина гидролитической кислотности при суща варианту с минеральной системой удобрений (N81P81K81) - 4,5 мг-экв/100 г почвы. Установлено небольшое снижение суммы обменных оснований на кон трольном варианте и на вариантах с односторонним и комплексным внесением минеральных удобрений в дозе 81 кг д.в./га (на 0,1-0,3 мг-экв/100 г почвы). При менение органо-минеральной и органической системы удобрений полностью не компенсировало их потери в почве. Зависимость между величиной обменной ки слотности почвы и количеством обменных оснований в почве выражается сле дующим уравнением регрессии: y = 0,0971 x + 4,55 (r=0,30, R2=0,09) (3.3) (табл.
2).
Таблица 2 - Физико-химические свойства дерново-слабоподзолистой супесчаной почвы Са2+ Mg2+ Са2++Mg2+ Нr Дозы извес рНКCl V, % Варианты ти, т/га мг-экв/100 г почвы опыта 3 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 рот.
рот. рот. рот. рот. рот. рот. рот. рот. рот. рот. рот. рот. рот.
фон 1 6,1 5,6 5,2 5,1 3,2 3,2 3,2 3,1 6,4 6,3 2,9 2,9 68,8 68,5 4, 2 5,8 5,3 5,5 5,6 5,4 4,6 3,0 3,2 8,4 7,8 2,4 2,5 77,7 75,7 3, 3 5,8 5,8 4,4 4,7 4,2 4,2 0,6 0,6 4,8 4,8 4,4 4,3 52,2 52,7 6, 4 5,7 5,8 4,9 5,0 4,2 4,2 2,1 2,3 6,3 6,5 4,4 4,3 58,9 60,2 6, 5 5,5 5,8 5,3 5,3 4,2 4,2 0,6 0,6 4,8 4,8 2,9 2,9 62,3 62,3 4, 6 5,5 4,9 4,9 4,9 3,6 3,4 0,6 0,8 4,2 4,2 4,5 4,3 48,3 48,3 6, 7 5,8 5,2 5,2 5,2 3,0 3,0 1,8 1,8 4,8 4,7 3,8 3,7 55,8 56,5 5, 8 5,7 5,0 5,0 4,9 4,0 3,9 2,0 1,9 6,0 5,8 3,1 3,0 65,9 65,9 4, 9 5,9 5,7 5,1 5,0 3,2 3,1 1,2 1,0 4,4 4,1 3,2 3,2 57,9 56,2 4, 10 6,1 5,1 4,8 4,6 3,0 3,0 1,7 1,5 4,7 4,5 4,4 4,5 51,6 51,1 6, 11 5,7 5,4 5,6 5,7 3,0 3,2 1,2 1,1 4,2 4,3 2,5 2,5 62,3 63,2 3, - 0,30 0, НСР 1,36 1,50 0,78 0,73 - - 0,81 0,72 - - 0, 0, 1 - контроль, 2- N27P27K27H3,3, 3 - N54P54K54H6,6, 4 - N81P81K81H9,9, 5 - N108P108K108H13,2, 6 - N135P135K135H16,5, 7 - N81P0K0H0, 8 - N0P81K0H0, 9 - N0P0K81H0, 10 - N81P81K81H0, 11 - N0P0K0H9, Помимо варианта N27P27K27H3,3 и варианта с навозом, все остальные имеют сильнокислую и кислую реакцию среды, степень насыщенности основаниями от 48,3% до 68,5% и нуждаются в известковании. На вариантах с органо минеральной системой удобрений (N54-81P54-81K54-81Н6,6-9,9) необходимо проводить известкование раз за ротацию севооборота в норме 6,45 т/га. Известкование в по вышенных дозах нецелесообразно, так как может привести к снижению в почве доступных для растений фосфатов и к иммобилизации многих микроэлементов, играющих важную физиологическую и биохимическую роль в жизни растений.
Глава 4 Динамика агрохимических свойств дерново-слабоподзолистой супесчаной почвы под влиянием длительного применения удобрений Применение практически всех систем удобрений повышало содержание гу муса в почве опыта к началу 5 ротации на 0,1-0,4% по отношению к 3 ротации се вооборота (у = 0,928+3,72 NK – 3,13H (r=0,58, R2=0,34) (4.1)) и на 0,2-0,8% по от ношению к контрольному варианту. Использование органо-минеральных удобре ний способствовало максимальным процессам гумусонакопления в почве: у = 0,1771x + 1,68 (r=0,94, R2=0,89) (4.2). Бездефицитный баланс гумуса (2,6-2,7%) был достигнут при внесении высоких доз минеральных удобрений и навоза (N108-135P108-135K108-135H13,2-16,5). При одностороннем внесении азотных, фосфорных и калийных удобрений в дозе 81 кг д.в./га потери гумуса составили 0,4-0,7% от его исходного содержания.
За первые 3 ротации севооборота темпы расхода энергопотенциала почвы были максимальными (436,1-530,1 ГДж/га) на следующих вариантах: контроль, N81P0K0H0, N0P81K0H0, N0P0K81H0, N0P0K0H9,9. Причиной этого послужило отсутст вие вносимых удобрений, высокая интенсивность минерализационных процессов и вынос элементов питания с урожаем. Для вариантов N27P27K27H3,3, N81P81K81H0, N0P81K0H0, N0P0K81H0 установлена сходная динамика величины энергопотенциала почвы - 873,1 ГДж/га при меньших потерях энергии 339,5-194,0 ГДж/га. Повы шенные дозы органо-минеральных удобрений снизили энергопотенциал почвы на 97,0 ГДж/га, а пятикратные дозы обеспечили бездефицитный энергопотенциал почвы к концу 3 ротации севооборота - 1212,6 ГДж/га. К началу 5 ротации сево оборота энергопотенциал почвы контрольного варианта стабилизировался на уровне 825,0 ГДж/га, но был минимальным по отношению к остальным вариан там. Внесение органо-минеральных удобрений в четырех- и пятикратных дозах обеспечило максимальный прирост энергопотенциала: 1403,2-1261,1 ГДж/га с прибавкой 190,6-145,5 ГДж/га соответственно. Эффективным оказалось исполь зование органической (9,9 т/га), минеральной системы (N81P81K81) и органо минеральной в двух- и трехкратных дозах (N54-81P54-81K54-81H6,6-9,9) – энергопотен циал составил 1164,0-1115,6 ГДж/га соответственно (табл. 3). Высокие статисти чески значимые парные и частные коэффициенты корреляции и детерминации объясняют зависимость энергопотенциала почвы от возрастающих доз вносимых удобрений в конце 3 и начале 5 ротации севооборота - r=0,95-1,0;
R2=0,91-0,96.
Изменение содержания в почве подвижного фосфора в зависимости от доз и сочетаний вносимых удобрений за первые 3 ротации севооборота описывалось следующим уравнением регрессии: у = 12,9 + 3,49Р - 0,1039(N*К) + 0,05(Р*Н) – 0,3(Р*Н)2 (r=0,92, R2=0,85) (4.3). Применение удобрений повышало содержание подвижного фосфора в почве в 2,9-9,3 раза по отношению к контрольному вари анту (5,5 мг/100 г почвы). Увеличение доз органо-минеральных удобрений с 27 кг д.в./га+3,3 т/га до 135 кг д.в./га+16,5 т/га способствовало постепенному росту ко личества фосфора в почве вариантов с 30,2 до 50,9 мг/100 г почвы (r=0,67, R2=0,45). Наибольший эффект был достигнут при применении N54P54K54H6,6 (4.4) и N108P108K108H13,2 (4.5): у = 10,436x + 5,95 (r=0,99, R2=0,99) (4.4), у = 10,814x + 11, (r=0,87, R2=0,76) (4.5). Одностороннее внесение аммиачной селитры и хлорида калия в дозе 81 кг д.в./га ухудшало фосфатный режим почвы на 7,6 и 10,6 мг/100 г почвы по сравнению с исходным состоянием. Использование трехкратных доз су перфосфата и органической системы стабилизировало фосфатный режим, однако не привело к достоверному росту количества фосфора в почве (табл. 4).
Таблица 3 - Изменение энергопотенциала дерново-слабоподзолистой почвы по годам опыта при различных системах применения удобрений Энергопотенциал почвы, Изменения, Гумус, % ГДж/га ГДж/га, +/ Период учета, гг.
Варианты опыта 1979 1990- 2002- 1979- 1990- 2002 1980 2001 2001 2011 1980 2001 (фон) Контроль 2,6 1,7 1,7 1261,1 825,0 825,0 -436,1 0, N27P27K27H3,3 2,5 1,8 2,2 1212,6 873,1 1067,1 -339,5 +194, N54P54K54H6,6 2,6 2,1 2,3 1261,1 1018,6 1115,6 -242,5 +97, N81P81K81H9,9 2,5 2,1 2,3 1212,6 1018,6 1115,6 -194,0 +97, N108P108K108H13,2 2,5 2,3 2,6 1212,6 1115,6 1261,1 -97,0 +145, N135P135K135H16,5 2,5 2,5 2,7 1212,6 1212,6 1403,2 0,0 +190, N81P0K0H0 2,6 1,7 2,2 1261,1 825,0 1067,1 -436,1 +242, N0P81K0H0 2,6 1,8 1,9 1261,1 873,1 921,6 -388,0 +48, N0P0K81H0 2,7 1,8 2,0 1403,2 873,1 970,1 -530,1 +97, N81P81K81H0 2,5 1,8 2,3 1212,6 873,1 1115,6 -339,5 +242, N0P0K0H9.9 2,6 1,7 2,4 1261,1 825,0 1164,1 -436,1 +339, - 0,30 - - - - НСР0, 0,62 - - - - Таблица 4 - Изменение содержания подвижного фосфора в дерново слабоподзолистой почве под влиянием длительного применения удобрений Содержание Р2О5, мг/100 г почвы Вариант опыта начало 1 ротации (фон) конец 3 ротации начало 5 ротации Контроль 17,0 7,0 5, N27P27K27H3,3 17,4 20,0 30, N54P54K54H6,6 16,6 26,5 47, N81P81K81H9,9 18,0 30,5 21, N108P108K108H13,2 14,9 43,5 50, N135P135K135H16,5 15,8 49,5 41, N81P0K0H0 18,7 8,0 11, N0P81K0H0 16,7 26,0 26, N0P0K81H0 17,9 7,5 7, N81P81K81H0 14,9 21,0 12, N0P0K0H9.9 14,3 17,0 15, - - 3, НСР0, 17, За первые три ротации севооборота изменение содержания обменного калия в почве в зависимости от применяемых систем удобрений описывалось следую щим уравнением регрессии: у = 10,1 + 0,46N2 – 0,82NK – 0,67Н + 1,56КН (r=0,61, R2=0,37) (4.6). Внесение возрастающих доз органо-минеральных удобрений ока зало положительное влияние на калийный режим почвы вариантов к началу 5 ро тации севооборота: у = 3,2171x + 3,5733 (r=0,96, R2=0,92) (4.7). Наибольший эф фект установлен при внесении однократных N27P27K27H3,3 (4.8) и высоких доз ор гано-минеральных удобрений N108P108K108H13,2 (4.9), N135P135K135H16,5 (4.10): у = 0,2357x + 12,25 (r=0,99, R2=0,99) (4.8);
у = 2,1143x + 13,5 (r=0,51, R2=0,26) (4.9);
у = 2,65x + 14,55 (r=0,66, R2=0,43) (4.10). При уровне удобренности на 1 га N54-81P54 81К54-81Н6,6-9, не произошло достоверного прироста содержания обменного калия в почве - с 1 по начало 5 ротации севооборота его количество уменьшилось на 0, мг/100 г почвы. Применение органической (9,9 т/га) и минеральной (N81P81K81) систем удобрений в течении 4 ротаций севооборота стабилизировало калийный режим почвы, а одностороннее внесение тройных доз минеральных удобрений привело к снижению содержания обменного калия в почве в 1,6 раза (табл. 5).
Таблица 5 - Изменение содержания подвижного калия в дерново слабоподзолистой почве под влиянием длительного применения удобрений Содержание К2О, мг/100 г почвы Вариант опыта начало 1 ротации (фон) конец 3 ротации начало 5 ротации Контроль 14,2 2,5 5, N27P27K27H3,3 12,5 12,7 13, N54P54K54H6,6 13,0 13,0 12, N81P81K81H9,9 15,0 13,5 14, N108P108K108H13,2 11,5 23,9 19, N135P135K135H16,5 13,7 25,1 23, N81P0K0H0 13,6 4,0 9, N0P81K0H0 13,3 2,5 8, N0P0K81H0 13,6 4,0 8, N81P81K81H0 13,3 6,3 13, N0P0K0H9.9 14,5 21,1 14, - - 2, НСР0, 7, Таблица 6 - Изменение содержания щелочногидролизуемого азота в дерново слабоподзолистой почве под влиянием длительного применения удобрений Содержание N щелочногидролизуемого, мг/100 г почвы Вариант конец 4 ротации начало 5 ротации Контроль 6,7 6, N27P27K27H3,3 10,5 10, N54P54K54H6,6 13,6 13, N81P81K81H9,9 14,0 14, N108P108K108H13,2 16,8 16, N135P135K135H16,5 15,2 15, N81P0K0H0 17,4 17, N0P81K0H0 13,9 13, N0P0K81H0 11,6 11, N81P81K81H0 14,0 14, N0P0K0H9.9 15,6 15, НСР0,05 0,75 1, Внесение возрастающих доз органо-минеральных удобрений N27-108P27-108K27 108H3,3-13,2 способствовало постепенному увеличению содержания щелочногидро лизуемого азота в почве с 10,7 до 16,9 мг/100 г почвы. Меньший эффект установ лен при внесении минеральных удобрений и навоза на варианте N135P135K135H16, (15,4 мг/100 г почвы). Зависимость содержания щелочногидролизуемого азота в почве от доз органо-минеральных удобрений подтверждается очень высоким ко эффициентом корреляции r=0,90 и детерминации R2=0,81 (у = 1,8629x + 6, (4.11)). Влияние комплексного и раздельного внесения трехкратных доз мине ральных удобрений и органической системы на количество щелочногидролизуе мого азота в почве отражено в следующем уравнении регрессии: у = 1,0343x + 9,6467 (r=0,49, R2=0,24) (4.12). Наибольшее содержание щелочногидролизуемого азота (17,6 мг/100г почвы) в почве установлено на варианте с тройной дозой азот ных удобрений (N81P0K0H0), которое на 0,7-6,9 мг/100 г превосходило остальные удобренные варианты и на 11,4 мг/100 г почвы вариант без применения удобре ний. Количество щелочногидролизуемого азота на варианте с использованием ор ганической системы удобрений (9,9 т/га) было на 1,4 мг/100 г почвы больше, чем на варианте с использованием минеральной системы (N81P81K81) - 14,4 мг/100 г почвы. Одностороннее внесение суперфосфата и хлорида калия в тройных дозах способствовало увеличению содержания щелочногидролизуемого азота в почве в 2,2 и 1,9 раза по отношению к контрольному варианту (табл. 6).
Глава 5 Изменение ферментативной активности дерново слабоподзолистой супесчаной почвы под влиянием длительного применения удобрений 5.1 Изменение активности гидролитических ферментов в почве дли тельного стационарного опыта Дерново-слабоподзолистая почва по уреазной активности (22,39-37, мг N-NH3/100 г почвы за 24 часа) попадает в интервал средней и высокой обога щенности. Внесение органо-минеральных удобрений оптимизировало уреазную активность почвы: y = 2,2777x + 23,065 (r=0,85, R2=0,72) (5.1). На вариантах со средними дозами минеральных удобрений и навоза уреазная активность была в 1,4 раза выше, чем на неудобренном варианте. Применение органо-минеральных удобрений в повышенных дозах и комплекса минеральных удобрений подавляло активность фермента в почве (рис. 1).
Контроль NPK 27 + H 3, NPK 54 + H 6, NPK 81 + H 9, NPK 108 + H 13, NPK 135 + H 16, N P K NPK H 9, Рисунок 1. Изменение уреазной активности дерново-слабоподзолистой поч вы под влиянием удобрений (N-NH3/100 г почвы за 24 часа) Установлена прямая зависимость уреазной активности почвы от содержания в почве гумуса (r=0,90), обменного калия (r=0,85), щелочногидролизуемого азота (r=0,61) и подвижного фосфора (r=0,59). В 81%, 73% и 34% случаев изменение содержания данных элементов питания непосредственно влияет на активность изучаемого фермента. Связь активности уреазы в почве с суммой обменных осно ваний (r=-0,23) и обменной кислотностью почвы (r=-0,13) слабая обратная, со сте пенью насыщенности основаниями почвы - умеренная обратная (r=-0,50), с гид ролитической кислотностью почвы - заметная прямая (r=0,57) (табл. 7). Измене ние уреазной активности с глубиной по почвенному профилю имеет высокую связь с распределением гумуса, щелочногидролизуемого азота, подвижного фос фора и калия (r=0,96;
r=0,93, r=0,97, r=0,96 соответственно). Активностью уреазы в почве тесно коррелирует с продуктивностью культур севооборота (r=0,85).
Таблица 7 – Зависимость уреазной активности от агрохимических и физико химических свойств дерново-слабоподзолистой почвы Агрохимические и физико- Уравнение линейной Коэффициент Коэффициент химические свойства почвы регрессии корреляции детерминации R2 = 0, Гумус, % y = 14,1 x – 1,8 r = 0, R2 = 0, Nщел.гидр., мг/100 г почвы y = 0,87 x + 17,9 r = 0, R2 = 0, Р2О5, мг/100 г почвы y = 0,17 x + 25,67 r = 0, R2 = 0, К2О, мг/100 г почвы y = 0,74 x + 20,1 r = 0, R2 = 0, рНKCl y = -1,48 x + 37,25 r = -0, Ca2++Mg2+, мг-экв/100 г почвы R2 = 0, y = -0,89 x + 34,45 r = -0, R2 = 0, V, % y = -0,28 x + 46,47 r = -0, R2 = 0, Hr, мг-экв/100г почвы y = 0,0971 x + 0,58 r = 0, Дерново-слабоподзолистая почва по инвертазной активности (21,12-28, мг глюкозы/1 г почвы за 24 часа) попадает в интервал средней обогащенности.
Внесение органо-минеральных удобрений способствовало активизации процессов гидролиза сахаров (r=0,91, R2=0,83). Максимальные дозы удобрений в варианте N135P135K135H16,5 создавали наиболее благоприятные условия для инвертазной ак тивности. На вариантах с органической системой удобрений и органо минеральной системой в различных дозах инвертазная активность почвы была выше контрольного варианта в 1,5-1,8 раза (r=0,76). Самая низкая инвертазная ак тивность почвы наблюдалась в вариантах с односторонним внесением минераль ных удобрений (рис. 2).
Контроль 21, 14,40 22, NРK 27 + H 3, 22, NPK 54 + H 6, 25, NPK 81 + H 9, 22, NPK 108 + H 13, NPK 135 + H 16, 21, N P 21,17 23,66 K NPK 21, H 9, 28, Рисунок 2. Изменение инвертазной активности дерново-слабоподзолистой почвы под влиянием удобрений (мг глюкозы/1 г почвы за 24 часа) Коэффициенты линейной корреляции между инвертазной активностью поч вы и количеством в почве гумуса, щелочногидролизуемого азота, подвижного фосфора и обменного калия соответственно равны r=0,86;
r=0,71;
r=0,56, r=0,86.
Между инвертазной активностью почвы и гидролитической кислотностью выяв лена прямая заметная связь (r=0,53), с остальными физико-химическими показа телями почвы опыта обнаружена слабая обратная зависимость (табл. 8). Измене ние инвертазной активности с глубиной по почвенному профилю тесно коррели рует с распределением гумуса (r=0,91), щелочногидролизуемого азота (r=0,84), подвижного фосфора (r=0,98) и калия (r=0,90). Инвертазная активность почвы имеет высокую связь с продуктивностью культур севооборота: y = 6,54 x + 2, (r=0,86, R2=0,74) (5.2).
Таблица 8 - Зависимость инвертазной активности от агрохимических и физи ко-химических свойств дерново-слабоподзолистой почвы Агрохимические и физико- Уравнение линейной Коэффициент Коэффициент химические свойства почвы регрессии корреляции детерминации R2 = 0, Гумус, % y = 9,88 x – 0,0169 r = 0, R2 = 0, Nщел.гидр., мг/100 г почвы y = 0,74 x + 11,97 r = 0, R2 = 0, Р2О5, мг/100 г почвы y = 0,12 x + 19,23 r = 0, R2 = 0, К2О, мг/100 г почвы y = 0,55 x + 14,97 r = 0, R2 = 0, рНKCl y = -1,05 x + 27,37 r = -0, Ca2++Mg2+, мг-экв/100 г почвы R2 = 0, y = -0,9 x + 26,81 r = -0, R2 = 0, V, % y = -0,22 x + 35,26 r = -0, R2 = 0, Hr, мг-экв/100г почвы y = 2,31 x + 14,08 r = 0, Органо-минеральная система применения удобрений способствовала созда нию благоприятного режима корневого азотного питания растений: протеазная активность почвы повышалась с ростом доз удобрений на вариантах N27P27K27H3,3, N54P54K54H6,6, N81P81K81H9,9, N108P108K108H13,2, N135P135K135H16,5 с 0,08 до 0, мг тирозина/1 г почвы за 24 часа: y = 0,0314x + 0,01 (r=0,92, R2=0,94) (5.3). Коэф фициенты корреляции и детерминации r=0,67, R2=0,45 указывают на зависимость протеазной активности почвы от внесения навоза, минеральных удобрений в ком плексе и одностороннего применения аммиачной селитры тройных дозах. Ис пользование фосфорных и калийных удобрений по 81 кг д.в./га не привело к дос товерному росту активности фермента в почве (рис. 3).
0,08 Контроль 0, 0, 0,09 NРK 27 + H 3, NPK 54 + H 6, 0, 0, NPK 81 + H 9, NPK 108 + H 13, 0, NPK 135 + H 16, N 0, P 0, K 0, NPK 0,22 H 9, Рисунок 3. Изменение протеазной активности дерново-слабоподзолистой почвы под влиянием удобрений (мг тирозина на 1 г почвы за 24 часа) Протеазная активность почвы имеет высокую связь с содержанием в почве обменного калия (r=0,93), подвижного фосфора (r=0,60), щелочногидролизуемого азота и гумуса (r=0,53). С обменной кислотностью почвы (r=-0,09), обменными основаниями (r=-0,32), со степенью насыщенности основаниями (r=-0,52) связь протеазной активности почвы обратная, с гидролитической кислотностью - за метная прямая (r=0,51) (табл. 9). Изменение протеазной активности в почвенном профиле связано с распределением гумуса (r=0,95), щелочногидролизуемого азота (r=0,90), подвижного фосфора (r=0,97) и калия (r=0,95). Протеазная активность почвы имеет тесную связь с продуктивностью культур севооборота: y = 0,0884 x – 0,15 (r=0,82, R2=0,67) (5.4).
Таблица 9 - Зависимость протеазной активности от агрохимических и физико химических свойств дерново-слабоподзолистой почвы Агрохимические и физико- Уравнение линейной Коэффициент Коэффициент химические свойства почвы регрессии корреляции детерминации R2 = 0, Гумус, % y = 0,14 x – 0,21 r = 0, R2 = 0, Nщел.гидр., мг/100 г почвы y = 0,0079 x – 0,0043 r = 0, R2 = 0, Р2О5, мг/100 г почвы y = 0,0017 x + 0,0607 r = 0, R2 = 0, К2О, мг/100 г почвы y = 0,0085 x – 0,0061 r = 0, R2 = 0, рНKCl y = -0,0111 x + 0,16 r = -0, Ca2++Mg2+, мг-экв/100 г почвы R2 = 0, y = -0,0128 x + 0.17 r = -0, R2 = 0, V, % y = -0,003 x + 0,29 r = -0, R2 = 0, Hr, мг-экв/100г почвы y = 0,0315 x – 0,0056 r = 0, Органо-минеральная и минеральная системы применения удобрений в дозе 81 кг д.в./га стимулировали активность минерализационно-иммобилизационных процессов трансформации фосфора в дерново-слабоподзолистой почве (0,18-0, мг Р2О5/10 г почвы за 1 час), а внесение повышенных доз минеральных удобрений и навоза ингибировало фосфатазную активность почвы. Применение органо минеральных удобрений в одно- и двукратных дозах, раздельное внесение мине ральных удобрений и навоза увеличивало фосфатазную активность почвы по от ношению к неудобренному варианту, но при статистической обработке получен ных данных существенных различий обнаружено не было (рис. 4).
0,16 0,14 Контроль 0, NРK 27 + H 3, 0,20 0, NPK 54 + H 6, NPK 81 + H 9, NPK 108 + H 13, 0, NPK 135 + H 16, N 0,15 0,23 P K 0, 0,15 NPK 0, H 9, Рисунок 4. Изменение фосфатазной активности дерново-слабоподзолистой почвы под влиянием удобрений (мг Р2О5 на 10 г почвы за 1 час) Установлена не высокая прямая связь между фосфатазной активностью поч вы и содержанием в почве гумуса, щелочногидролизуемого азота и обменного ка лия (r=0,33, r=0,29, r=0,28 соответственно), с количеством подвижного фосфора зависимость обратная (r=-0,08). Связь между фосфатазной активностью почвы и гидролитической кислотностью почвы высокая прямая (r=0,72), с остальными фи зико-химическими свойствами почвы слабая обратная (табл. 10). Изменение фос фатазной активности в почвенном профиле коррелирует с распределением гумуса (r=0,94), щелочногидролизуемого азота (r=0,87), подвижного фосфора (r=0,95) и калия (r=0,93). Фосфатазная активность почвы имеет тесную связь с продуктивно стью культур севооборота: y = 0,0335 x + 0,073 (r=0,58, R2=0,34) (5.5).
Таблица 10 - Зависимость фосфатазной активности от агрохимических и физико-химических свойств дерново-слабоподзолистой почвы Агрохимические и физико- Уравнение Коэффициент Коэффициент химические свойства почвы линейной регрессии корреляции детерминации R2 = 0, Гумус, % y = 0,0291 x + 0,11 r = 0, R2 = 0, Nщел.гидр., мг/100 г почвы y = 0,0023 x + 0,14 r = 0, R2 = 0, Р2О5, мг/100 г почвы y = -0,0001 x + 0,17 r =- 0, R2 = 0, К2О, мг/100 г почвы y = 0,0014 x + 0,15 r = 0, R2 = 0, рНKCl y = -0,0226 x + 0,29 r = -0, Ca2++Mg2+, мг-экв/100 г почвы R2 = 0, y = -0,0005 x + 0,17 r = -0, R2 = 0, V, % y = -0,0015 x + 0,26 r = -0, R2 = 0, Hr, мг-экв/100г почвы y = 0,0237 x + 0,0888 r = 0, 5.2 Изменение активности окислительно-восстановительных ферментов в почве длительного стационарного опыта Одностороннее применение навоза и совместно с минеральными удобре ниями способствовало повышению каталазной активности почвы с 0,92 до 1, мл 0,1 н КMnO4/1 г почвы за 20 мин соответственно. Следовательно, органиче ские удобрения хорошо оструктуривают почву, усиливают аэрацию и окисли тельные процессы в ней. Внесение минеральных удобрений раздельно и в ком плексе увеличивало каталазную активность почвы в 1,6-1,9 раза по отношению к неудобренному варианту (0,48 мл 0,1 н КMnO4/1 г почвы за 20 мин) (рис. 5).
Контроль 0,48 0, 0,92 NРK 27 + H 3, 1, NPK 54 + H 6, 0, NPK 81 + H 9, 1,10 NPK 108 + H 13, NPK 135 + H 16, 0, N P 0, K 1, 0,75 NPK H 9, 1, Рисунок 5. Изменение каталазной активности дерново-слабоподзолистой почвы под влиянием удобрений (мл 0,1 н КMnO4/1 г почвы за 20 мин) Изменение количества в почве гумуса, щелочногидролизуемого азота, под вижного фосфора и обменного калия в 80% (r=0,90), 39% (r=0,63), 62% (r=0,72) и 79% (r=0,89) случаев непосредственно влияет на активность изучаемого фермен та. Связь каталазной активности почвы с суммой обменных оснований, степенью насыщенности основаниями и обменной реакцией среды слабая обратная (r=-0,18;
r=-0,38;
r=-0,07 соответственно), с гидролитической кислотностью почвы - слабая прямая (r=0,42) (табл. 11). Изменение каталазной активности с глубиной по поч венному профилю тесно коррелирует с распределением гумуса r=0,87, щелочно гидролизуемого азота r=0,93, подвижного фосфора r=0,77 и калия r=0,84. Ката лазная активность почвы обнаруживает высокую связь с продуктивностью куль тур севооборота: y = 0,38x – 0,22 (r=0,87, R2=0,76) (5.6).
Таблица 11 - Зависимость каталазной активности от агрохимических и физико химических свойств дерново-слабоподзолистой почвы Агрохимические и физико- Уравнение линейной Коэффициент Коэффициент химические свойства почвы регрессии корреляции детерминации R2 = 0, Гумус, % y = 0,6 x – 0.44 r = 0, R2 = 0, Nщел.гидр., мг/100 г почвы y = 0,0378 x + 0.38 r = 0, R2 = 0, Р2О5, мг/100 г почвы y = 0,0086 x + 0,68 r = -0, R2 = 0, К2О, мг/100 г почвы y = 0,0329 x + 0,47 r = 0, R2 = 0, рНKCl y = -0,0349 x + 1,07 r = -0, Ca2++Mg2+, мг-экв/100 г почвы R2 = 0, y = -0,0299 x + 1,05 r = -0, R2 = 0, V, % y = -0,009 x + 1,44 r = -0, R2 = 0, Hr, мг-экв/100г почвы y = 0,11 x + 0,53 r = 0, Вариантам с органо-минеральной системой применения удобрений присущи процессы синтеза гумусовых веществ (Кг 1,00) - активность полифенолоксида зы (5.7) и пероксидазы (5.8) возрастала с увеличением доз удобрений соответст венно с 5,31 до 6,41 и с 4,81 до 5,53 мг пурпургаллина/100 г почвы за 30 мин: y = 0,382x + 4,1613 (r=0,95, R2=0,90) (5.7), y = 0,0883x + 4,6393 (r=0,99, R2=0,98) (5.8).
Следовательно, максимальная аккумуляция гумуса обеспечивалась за счет приме нения органоминеральной системы удобрений с 16,5 т/га навоза (Кг = 1,16). В контрольном варианте и на вариантах с односторонним внесением трехкратных доз минеральных удобрений преобладает активность ферментов, участвующих в процессах деструкции гумуса (Кг = 0,9). Внесение навоза в дозе 9,9 т/га обусло вило преобладание процессов гумификации над процессами минерализации на год после закладки опыта (Кг = 1,10) – полифенолоксидазная активность (5,3 мг пурпургаллина/100 г почвы за 30 мин) была выше пероксидазной активности (4, мг пурпургаллина/100 г почвы за 30 мин) (рис. 6, 7). Установлена прямая зависи мость между условным коэффициентом гумификации и содержанием гумуса в почве исследуемых вариантов: y = 2,17x + 0,0022 (r=0,79;
R2=0,64) (5.9).
Установлена высокая связь между полифенолоксидазной активностью почвы и количеством в почве гумуса (r=0,91), подвижного фосфора (r=0,79), обменного калия (r=0,95) и заметная связь с количеством щелочногидролизуемого азота (r=0,57). Связь пероксидазной активности почвы с содержанием в почве гумуса (r=0,49) и калия умеренная (r=0,50), с количеством щелочногидролизуемого азота - заметная (r=0,56), подвижного фосфора - слабая (r=0,24). Раздельное внесение по 81 кг д.в./га минеральных удобрений не позволяет достигнуть высокого положи тельного баланса гумуса - подкисление почвы на данных вариантах обусловило не высокую полифенолоксидазную активность почвы (r=0,08) и достаточно высо кую пероксидазную (r=-0,28). Полифенолоксидазная и пероксидазная активность почвы не имеет высокой положительной связи с гидролитической кислотностью почвы (r=0,28, r=0,44 соответственно), с остальными физико-химическими пока зателями почвы обнаружена обратная зависимость (табл. 12, 13). Изменение по лифенолоксидазной и пероксидазной активности почвы с глубиной по почвенно му профилю тесно коррелирует с содержанием в почве подвижного азота, фосфо ра, калия и гумуса (r=0,72, r=0,80;
r=0,81, r=0,83;
r=0,65, r=0,83;
r=0,75, r=0,75 со ответственно). Активность полифенолоксидазы (5.10) и пероксидазы (5.11) имеет тесную связь с продуктивностью культур севооборота: y = 0,63 x + 3,37 (r=0,56, R2=0,31) (5.10), y = 0,36 x + 4,05 (r=0,61, R2=0,37) (5.11).
Контроль 5, 4,24 5, NРK 27 + H 3, 5, NPK 54 + H 6, 5, 4, NPK 81 + H 9, NPK 108 + H 13, 4, NPK 135 + H 16, N 4, P 6, 4,92 K NPK 6,41 H 9, Рисунок 6. Изменение полифенолоксидазной активности дерново слабоподзолистой почвы под влиянием удобрений (мг пурпургаллина/100 г почвы за 30 мин) Таблица 12 - Зависимость полифенолоксидазной активности от агрохимических и физико-химических свойств дерново-слабоподзолистой почвы Агрохимические и физико- Уравнение Коэффициент Коэффициент химические свойства почвы линейной регрессии корреляции детерминации R2= 0, Гумус, % y = 1,93 x + 0,94 r = 0, R2= 0, Nщел.гидр., мг/100 г почвы y = 0,11 x + 3,73 r = 0, R2= 0, Р2О5, мг/100 г почвы y = 0,0301 x + 4,51 r = 0, R2= 0, К2О, мг/100 г почвы y = 0,11 x + 3,79 r = 0, R2= 0, рНKCl y = 0,13 x + 4,6 r = 0, Ca2++Mg2+, мг-экв/100 г почвы R2= 0, y = -0,11 x + 5,84 r = -0, R2= 0, V, % y = -0,0239 x + 6,8 r = -0, R2= 0, Hr, мг-экв/100г почвы y = 0,36 x + 1,6 r = 0, Контроль 5, NРK 27 + H 3, 5, NPK 54 + H 6, 5, NPK 81 + H 9, 5,12 NPK 108 + H 13, NPK 135 + H 16, N 4,97 P 5, K 4, NPK 4,81 5, 4,75 4,80 H 9, Рисунок 7. Изменение пероксидазной активности дерново-слабоподзолистой почвы под влиянием удобрений (мг пурпургаллина/100 г почвы за 30 мин) Таблица 13 - Зависимость пероксидазной активности от агрохимических и физи ко-химических свойств дерново-слабоподзолистой почвы Агрохимические и физико- Уравнение линейной Коэффициент Коэффициент химические свойства почвы регрессии корреляции детерминации R2 = 0, Гумус, % y = 0,43 x + 4,12 r = 0, R2 = 0, Nщел.гидр., мг/100 г почвы y = 0,0451 x + 4,47 r = 0, R2 = 0, Р2О5, мг/100 г почвы y = 0,0039 x + 4,99 r = 0, R2 = 0, К2О, мг/100 г почвы y = 0,0247 x + 4,77 r = 0, R2 = 0, рНKCl y = -0,19 x + 6,04 r = -0, Ca2++Mg2+, мг-экв/100 г почвы R2 = 0, y = -0,13 x + 5,77 r = -0, R2 = 0, V, % y = -0,0207 x + 6,33 r = -0, R2 = 0, Hr, мг-экв/100г почвы y = 1,31 x – 3,19 r = 0, Глава 6 Изменение продуктивности зернотравяного севооборота под влиянием различных систем применения удобрений Внесение удобрений по мере оптимизации сочетаний и доз оказало значи тельное влияние на развитие и продукционные процессы сельскохозяйственных культур. Среднегодовая продуктивность контрольного варианта полевого сево оборота с 50%-ным насыщением зерновыми культурами и 26%-ным многолетни ми травами за первые три ротации составила 3,34 т к.е./га. Раздельное внесение минеральных удобрений способствовало увеличению продуктивности культур се вооборота до 3,84 т к.е./га (N81P0K0H0), 3,57 т к.е./га (N0P81K0H0) и 3,72 т к.е./га (N0P0K81H0), что на 14,9%, 6,7% и 11,3% выше продуктивности неудобренного ва рианта. Минеральная система применения удобрений (N81P81K81H0) обеспечила более высокую продуктивность культур севооборота – 4,63 т к.е./га и большую прибавку к контролю – 38,6%. Внесение навоза способствовало получению 3,99 т к.е./га основной продукции. При внесении однократных доз органо-минеральных удобрений прибавка по отношению к контрольному варианту составила 30,5%, двукратных доз - увеличилась до 33,8% и осталась на том же уровне при повыше нии доз удобрений в 3 раза. Применение четырех- и пятикратных доз минераль ных удобрений и навоза снижало прибавку продуктивности культур севооборота до 31,7% и 25,4% соответственно. Влияние вносимых удобрений на продуктив ность культур севооборота за 3 ротации отражено в следующем уравнении рег рессии: у=33,28+7,81N+9,9Р0,5-0,69Р+(NР)0,5+2,91К0,5+2,27Н0,5+1,14Н-1,68(КН)0, (r=0,91) (6.1).
Увеличение доз удобрений от двукратных до пятикратных в органо минеральных вариантах (N54P54K54H6,6-N135P135K135H16,5) привело к росту продук тивности культур в 4 ротации севооборота с 3,13 до 3,53 т к.е./га соответственно.
Прибавки к контрольному варианту (2,10 т к.е./га) при этом находились на уровне 49,1-68,1%. Полученные уравнения регрессии отражают эффективность ком плексного внесения минеральных удобрений и навоза: с повышением доз удобре ний от однократных (6.2) до пятикратных (6.6) возможен значительный прирост продуктивности культур - от 2,66 до 4,10 т к.е./га:
Y=2,07+0,27N0.5+0,08P+0,18K+0,41H0.5-0,11(NK)0.5-0,11(PH)0.5-0,13(KH)0.5 (6.2), Y=2,07+0,38N0.5+0,16P+0,36K+0,58H0.5-0,16(NK)0.5-0,16(PH)0.5-0,18(KH)0.5 (6.3), Y=2,07+0,47N0.5+0,24P+0,54K+0,71H0.5-0,19(NK)0.5-0,19(PH)0.5-0,22(KH)0.5 (6.4), Y=2,07+0,54N0.5+0,32P+0,72K+0,82H0.5-0,22(NK)0.5-0,22(PH)0.5-0,26(KH)0.5 (6.5), Y=2,07+0,60N0.5+0,40P+0,90K+0,92H0.5-0,25(NK)0.5-0,25(PH)0.5-0,29(KH)0.5 (6.6).
Применение минеральных удобрений (81 кг д.в./га) и навоза (9,9 т/га) повы сило продуктивность культур севооборота до 3,26 и 2,88 т к.е./га, что на 55,2% и 37,1% выше продуктивности неудобренного варианта. Одностороннее внесение трехкратной дозы хлорида калия и аммиачной селитры обеспечило прибавку про дуктивности культур севооборота на 31,0% и 40,5%, а внесение суперфосфата двойного гранулированного в тройной дозе и органо-минеральных удобрений в однократных дозах не привело к достоверному приросту продуктивности культур севооборота.
Результаты исследований показывают тесную связь продуктивности культур севооборота с содержанием в почве гумуса, щелочногидролизуемого азота, об менного калия и подвижного фосфора (r=0,91, r=0,74, r=0,83, r=0,53 соответствен но). В среднем в 83%, 54%, 69%, 28% случаев изменение содержания данных по казателей в почве непосредственно влияет на продуктивность культур севооборо та. Полученные коэффициенты корреляции r=0,80-0,85 указывают на высокую за висимость продуктивности зерновых культур от запасов гумуса в слое 0-25 см дерново-слабоподзолистой почвы стационарного опыта.
ВЫВОДЫ 1. Анализ данных по изменению содержания гумуса по вариантам опыта за 32 года показал, что наибольшие его потери происходили в первые 22 года после закладки опыта. Затем произошла стабилизация содержания гумуса на новых уровнях, соответствующих поступлению органического вещества с удобрениями и растительными остатками. Максимальное количество гумуса отмечается на ва рианте с органо-минеральной системой удобрений (N135P135K135+16,5 т/га навоза) 2,7%. Установлена тесная зависимость энергопотенциала органического вещества почвы от доз органо-минеральных удобрений (R=0,95-1,00). Несбалансированное одностороннее применение минеральных удобрений способствовало достоверно му снижению содержания гумуса в среднем на 0,5% за 20 лет (относительно ис ходного состояния на 20%).
2. За весь период исследований дефицит подвижного фосфора в почве кон трольного варианта составил 32% к исходному уровню. Одностороннее внесение суперфосфата в дозе 81 кг д.в./га уменьшило потери подвижных фосфатов в дер ново-слабоподзолистой почве, но не предотвратило их полностью. Использование минеральной и органической систем удобрений стабилизировало содержание подвижных соединений фосфора в почве вариантов. Наибольший эффект был достигнут при применении органо-минеральных удобрений в дозах N54-108P54 108K54-108H6,6-13,2 (r=0,99-0,87, R =0,99-0,76), которые обеспечили прирост содержа ния подвижного фосфора в 3 раза к началу 5 ротации севооборота и в 9 раз по от ношению к контрольному варианту.
3. Внесение высоких доз органо-минеральных удобрений оказало положи тельное влияние на калийный режим почвы вариантов, повышая количество об менного калия в 1,7 раза к началу 5 ротации севооборота (r=0,51-0,66). При уров не удобренности на 1 га N54-81P54-81К54-81Н6,6-9,9 с 1 по начало 5 ротации севооборота количество обменного калия уменьшилось на 0,4 мг/100 г почвы. Применение ор ганических удобрений в дозе 9,9 т/га и минеральных удобрений в дозе N81P81К81 в течении 4 ротаций севооборота стабилизировало калийный режим почвы. Одно стороннее внесение тройной дозы калийных удобрений привело к снижению со держания обменного калия в почве в 1,6 раза.
4. Применяемые системы удобрений повышали содержание щелочногидро лизуемого азота в почве опыта в 1,7-2,8 раза по отношению к неудобренному ва рианту (r=0,50-0,90). Наибольшее содержание щелочногидролизуемого азота в почве установлено на варианте с тройной дозой азотных удобрений - 17,6 мг/100г почвы. На вариантах с применением органо-минеральных систем удобрений в умеренных и повышенных дозах, минеральной и органической системы количе ство щелочногидролизуемого азота к контрольному варианту возросло на 8,1-10, мг/100 г почвы. Меньший эффект установлен при одностороннем внесении фос форных, калийных и органо-минеральных удобрений в низких дозах.
5. Анализ динамики изменения кислотности почвы показал, что за последние 16 лет, когда известкование не проводилось, показатель рНKCl почвы без удобре ний снизился в среднем на 1,0 ед. Значительное подкисление почвенного раствора наблюдалось под влиянием максимальной дозы минеральных удобрений (N81P81K81) - на 1,5 ед. Меньшее подкисление почвы отмечено на вариантах с ор гано-минеральной системой удобрений, что обусловлено дополнительным посту плением кальция и магния с навозом. Установлено снижение суммы обменных оснований на вариантах без удобрений и с минеральной системой. Внесение наво за полностью не компенсировало потери обменных оснований.
6. Интенсивность гидролитических процессов в почве опыта повышалась в среднем в 1,5 раза под влиянием органо-минеральных систем удобрений. Мине ральные удобрения в меньшей степени стимулировали гидролиз органических со единений, особенно при их одностороннем внесении. Внесение повышенных доз минеральных удобрений до 108 кг д.в./га ингибировало активность инвертазы и фосфатазы в почве. Установлено, что активность инвертазы, протеазы и уреазы являются наиболее отзывчивыми показателями на количество в почве гумуса (r=0,86, r=0,71, r=0,89), щелочногидролизуемого азота (r=0,56, r=0,86, r=0,61), подвижного фосфора (r=0,53, r=0,53, r=0,59) и обменного калия (r=0,60, r=0,93, r=0,85). Фосфатазная активность почвы обнаруживает отрицательную зависи мость r=-0,081 с содержанием в почве доступного фосфора - на почвах, менее обеспеченных подвижным фосфором, фосфатазная активность выше.
7. Удобрения оказали положительное влияние на активность окислительно восстановительных ферментов: активность каталазы в вариантах с органо минеральной системой удобрений увеличивалась в 1,9-2,4 раза по отношению к контрольному варианту, полифенолоксидазы - в 1,3-1,4 раза, пероксидазы - в 1,0 1,2 раза, при использовании органической системы и минеральных удобрений в комплексе и раздельно - в 1,6-1,9, 1,0-1,3, 1,1-1,2 раза соответственно. Установле на прямая зависимость между условным коэффициентом гумификации, рассчи танным по соотношению активности полифенолоксидазы и пероксидазы, и со держанием гумуса в почве исследуемых вариантов опыта (r=0,59). Следовательно, уровень активности ферментов можно использовать для сравнительной оценки эффективности агротехнических приемов и плодородия почвы в целом.
8. Наибольшая продуктивность 7-польного зернотравяного севооборота была получена при сочетании минеральных удобрений и навоза - увеличение доз удоб рений с 54 кг д.в./га + 6,6 т/га до 135 кг д.в./га +16,5 т/га обеспечило прибавку продуктивности выше неудобренного варианта в 1,5-1,7 раза. Несбалансирован ное одностороннее применение аммиачной селитры и хлорида калия увеличило продуктивность культур на 0,85 и 0,65 т к.е./га, а внесение суперфосфата двойно го гранулированного в тройной дозе и органо-минеральных удобрений в одно кратных дозах не привело к достоверному приросту продуктивности культур се вооборота. Применение минеральной системы удобрений (81 кг д.в./га) было эф фективней органической (9,9 т/га) на 19,2% за весь период исследований и на 18,1% в 4 ротации севооборота.
Практические рекомендации. Для повышения потенциального плодородия дерново-слабоподзолистой почвы Смоленской области и получения среднегодо вой продуктивности культур севооборота на уровне 3,13-3,24 т к.е./га целесооб разно применение органо-минеральной системы удобрений в ежегодных дозах N54P54K54 + 6,6 т/га навоза и N81P81K81+ 9,9 т/га навоза. Для улучшения кислотно основных свойств почвы необходимо предусматривать периодическое известко вание.
Список опубликованных работ по теме диссертации 1. Сопов И.В. Спектрометрическая диагностика азотного питания растений / И.В. Сопов, Р.А. Афанасьев, И.В. Румянцева, Е.В. Пономарева // Современное приборное обеспечение и методы анализа почв, кормов, растений и сельскохозяй ственного сырья : тез. докл. науч.-практ. конф, Москва, 2-3 октяб. 2007 г. - М., 2007. – C. 58-61.
2. Сопов И.В. Фотометрическая диагностика азотного питания зерновых культур / И.В. Сопов, Е.В. Пономарева, И.В. Румянцева // Агрохимические тех нологии, приемы и способы увеличения объемов производства высококачествен ной сельскохозяйственной продукции : тез. докл. 42 междун. науч. конф, Москва, 2008 г. – М., 2008. – С. 175-180.
3. Сопов И.В. Влияние азотных удобрений на продуктивность и диагностиче ские показатели ярового ячменя в условиях дерново-подзолистых почв / И.В.Сопов, Е.В. Пономарева, И.В. Румянцева // тез. докл. науч. конф, Москва, 2009 г. – М., 2009. – С. 250-253.
4. Румянцева И.В. Технологии точного земледелия как путь к повышению плодородия в условиях таежной зоны / И.В. Румянцева, Е.В. Пономарева, Т.А.
Девятова // Актуальные проблемы инновационного развития агропромышленного комплекса : тез. докл. всерос. конф. студ. и молод. учен. с элемент. науч. шк., Ас трахань, 29 октяб.-1 нояб. 2009 г. - Астрахань, 2009.- С. 143-146.
5. Румянцева И.В. Почвенно-экологические условия применения удобрений в таежной зоне / И.В. Румянцева // Ломоносов – 2009 : тез. докл. межд. конф, Мо сква, 2009 г. – М., 2009. – С. 121-123.
6. Румянцева И.В. Влияние дифференцированного внесения азотных удоб рений под ячмень яровой на физико-химические и агрохимические свойства дер ново-подзолистой почвы / И.В. Румянцева, Т.А. Девятова // Состояние и пробле мы экосистем Среднерусской лесостепи : сб. науч. тр. / Воронеж. гос. ун-т. – Во ронеж, 2009. – С. 98-104.
7. Румянцева И.В. Динамика агрохимических свойств дерново-подзолистой окультуренной почвы при длительном применении удобрений / И.В. Румянцева, Е.В. Пономарева // Актуальные проблемы инновационного развития агропро мышленного комплекса. Будущее АПК : тез. докл. науч. конф, Астрахань, 22- апр. 2010 г. – Астрахань, 2010. – С. 43-44.
8. Румянцева И.В. Физико-химические и агрохимические свойства дерново подзолистой почвы опытного поля ВИУА Смоленской области / И.В. Румянцева, Е.В. Пономарева // Ломоносов – 2009 : тез. докл. межд. конф, Москва, 2010 г. - М., 2010. – С. 97-98.
9. Румянцева И.В. Физико-химические свойства дерново-подзолистой почвы опытного поля ВИУА Смоленской области / И.В. Румянцева, Е.В. Пономарева, Т.А. Девятова // Состояние и проблемы экосистем Среднерусской лесостепи : сб.
науч. тр. / Воронеж. гос. ун-т. – Воронеж, 2010. - С. 141-146.
10. Девятова Т.А. Биодиагностика экологического состояния почв в условиях антропогенной нагрузки / Т.А. Девятова, А.А. Воронин, И.В. Румянцева // Все российский журнал научных публикаций. – М, 2010. – С. 130-131.
11. Румянцева И.В. Физико-химические свойства дерново-слабоподзолистой среднесуглинистой почвы / И.В. Румянцева, В.Г. Лаврентьева // Материалы науч ной сессии Воронеж. гос. ун-та. : сб. науч. тр. / Воронеж. гос. ун-т. – Воронеж, 2010.- С. 62-65.
12. Мерзлая Г.Е. Эффективность длительного применения органических и минеральных удобрений / Г.Е. Мерзлая, Т.А. Девятова, Е.В. Пономарева, И.В.
Румянцева // Плодородие. – 2010. - № 4 (55). – С. 31-32.
13. Девятова Т.А. Теоретическая и информационная основы биологической диагностики антропогенной деградации черноземов в Центрально-Черноземном регионе / Т.А. Девятова, А.А. Воронин, И.В. Румянцева // Вестник ВГУ : Сер.
География. Геоэкология. – 2010. - № 2. – С. 98-101.
14. Румянцева И.В. Изменение агрохимических свойств дерново подзолистой почвы опытного поля ВИУА Смоленской области под влиянием длительного применения удобрений / И.В. Румянцева, Т.А. Девятова // Вестник ВГУ : Сер. Биология. Химия. Фармация. – 2011. - № 1. – С. 127-133.
15. Румянцева Изменение активности окислительно И.В.
восстановительных процессов в дерново-слабоподзолистой почве длительного стационарного опыта / И.В. Румянцева, Т.А. Девятова, Р.А. Афанасьев, Г.Е.
Мерзлая // Материалы научной сессии Воронеж. гос. ун-та. : сб. науч. тр. / Воро неж. гос. ун-т. – Воронеж, 2011.- С. 49-59.
Статьи № 12, 13, 14 опубликованы в изданиях, входящих в список ВАК РФ.
Подписано в печать 10.01.2012 Формат 60*84/16.
Усл. печ. л. 1,4. Тираж 100 экз. Заказ.
Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии Издательско-полиграфического центра Воронежского государственного университета.
394000, г. Воронеж, ул. Пушкинская,