Агропроизводственное значение гранулометрического состава почв и его использование в оценке качества сельскохозяйственных земель
На правах рукописи
МУРАЛЕВ Сергей Григорьевич АГРОПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЧВ И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ОЦЕНКЕ КАЧЕСТВА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ Специальность: 03.02.13 - почвоведение
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук
Москва – 2011
Работа выполнена на кафедре почвоведения и природообустройства Нижегородской государственной сельскохозяйственной академии кандидат сельскохозяйственных наук,
Научный консультант:
профессор Панин Алексей Михайлович
Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Савич Виталий Игоревич доктор биологических наук, профессор Аканова Наталья Ивановна ГНУ Нижегородский НИИСХ
Ведущая организация:
Россельхозакадемии
Защита диссертации состоится 6 июня 2011 года в 14:30 на заседании диссертационного совета Д 220.043.02 при Российском государственном аграр ном университете – МСХА им. К.А. Тимирязева по адресу: 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 49. Учёный совет РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГАУ-МСХА
Автореферат разослан « 03 » мая 2011 года и размещён на сайте http://www.timacad.ru Учёный секретарь диссертационного совета С.Л. Игнатьева
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В связи с совершенствованием рыночных отноше ний в отрасли сельского хозяйства возрастает роль изучения и оценки природ ных и производственно-экономических условий ведения сельскохозяйственно го производства. Несмотря на давнюю историю изучения данных вопросов, к настоящему времени признать решёнными многие проблемы оснований нет.
Из числа многих факторов продуктивности сельскохозяйственных земель большое значение имеет гранулометрический состав почв, поскольку от него в большой степени зависят химический состав, физические, физико-химические, биологические и прочие свойства почв, их режимы, интенсивность и направ ленность почвенных процессов.
Являясь важным качественным признаком почв, гранулометрический со став их имеет большое значение при проведении земельно-оценочных работ.
Однако, до настоящего времени данных для обоснования его доли в формиро вании интегральной оценки почв на разных уровнях земледельческой культуры недостаточно.
Целями настоящей работы являются:
• уточнение агропроизводственной характеристики и качественной оцен ки почв различного гранулометрического состава;
• разработка предложений по совершенствованию классификации почв по гранулометрическому составу.
Задачами исследования являются:
• исследование закономерностей изменения общих физических, физико химических, химических, водно-физических и биологических свойств почв при изменении их гранулометрического состава;
• изучение продуктивности сельскохозяйственных культур на почвах различного гранулометрического состава в условиях модельного вегетационно полевого эксперимента;
• обоснование целесообразности более дробного деления разновидно стей почв лёгкого гранулометрического состава;
• уточнение значения гранулометрического состава почв в производст венных условиях при разных уровнях технологического воздействия.
Научная новизна. Уточнены и дополнены характеристики свойств почв различного гранулометрического состава, в особенности, группы физических свойств. Обосновано усовершенствование классификации почв лёгкого грану лометрического состава и уточнены критерии оценки их качества.
Практическая значимость работы. Разработаны предложения по со вершенствованию качественного учёта пахотных почв Нижегородской области, обоснованы необходимость изменения классификации почв и их качественной оценки.
Положения, выносимые на защиту.
1. Неправомерность занижения оценки лёгких по гранулометрическому составу почв при высоком уровне интенсификации производства.
2. Целесообразность разделения супесчаной разновидности на более узкие по содержанию физической глины интервалы.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на внутривузов ских и межвузовских конференциях (за период 2008-2011 гг. принимал участие в шести конференциях), на заседаниях кафедры почвоведения и природообуст ройства НГСХА (2008-2011 гг.) Публикация результатов исследований. Основное содержание диссер тации опубликовано в 12 работах, в т.ч. одна в рецензируемом издании, реко мендованном ВАК РФ.
Объём и структура работы. Работа состоит из введения, 4 глав, выво дов, предложений производству, списка литературы из 203 источников (из них 12 на иностранных языках), 20 приложений. Работа изложена на 107 страницах машинописного текста, содержит 33 таблицы и 9 рисунков.
Работа выполнена на кафедре почвоведения и природообустройства ФГОУ ВПО «Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия» в 2007-2010 гг. в соответствии с тематикой плана НИР.
Автор выражает благодарность в подготовке диссертации инженерам аналитикам межкафедральной лаборатории НГСХА И.Б. Денисовой, М.П. Усо вой, сотрудникам ФГУ ЦАС «Нижегородский» Т.В. Масловой и Е.А. Крымо вой, главному агроному Семёновского райсельхозуправления Т.Т. Погодиной, главному агрохимику Семёновского райсельхозуправления О.В. Дыдыкиной, аспиранту НГСХА В.А. Быкову, студенту НГПУ К.Ю. Архиерееву.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. Объекты и методы исследования Оценка почв различного гранулометрического состава основывается, в большей степени, на экспертных оценках. Прямой учёт урожайности в произ водственных условиях не имеет необходимой точности ввиду различий в сте пени влияния факторов продуктивности сельскохозяйственных культур. Для более точного исследования применён вегетационно-полевой модельный экс перимент, позволяющий учитывать урожайность при значительном элиминиро вании других факторов продуктивности.
Модели почв (далее – «биометры») созданы насыпным методом, имеют площадь 1 м2 и пятикратную повторность каждого варианта. Почва в биометре до глубины 100 см изолирована от окружающей почвы.
Исследование гранулометрического состав почв проводится в двух блоках эксперимента: 1-й блок – «Стратиграфия почвообразующих пород» (1992- гг. исследований), 2-й блок – «Гранулометрический состав пахотного слоя почв» (2008-2010 гг. исследований).
На протяжении периода проведения эксперимента на делянках опыта учи тывалась урожайность сельскохозяйственных культур и отбирались образцы почвы для лабораторных анализов. С целью практического приложения резуль татов исследований и их сопоставимости с ранее принятыми методическими подходами, виды анализов в большей части соответствуют определениям, при нятым при крупномасштабных почвенно-агрохимических исследованиях.
Гранулометрический состав почв определялся по методике Н.А. Качин ского методом пипетки с подготовкой образца почвы по Т.Н. Черниковой. По левая влажность, гигроскопическая влажность, плотность почвы, плотность твёрдой фазы почвы, пористость, капиллярная влагоёмкость определялись ве совым методом, содержание максимальной гигроскопической влаги - по методу А.В. Николаева. Содержание подвижных форм фосфора и калия в почве опре делялось по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26207-91). Оп ределение рН проводилось потенциометрически (ГОСТ 26483-85), гидролити ческой кислотности – по Каппену, суммы обменных оснований – по Каппену Гильковицу. Содержание в почве гумуса определялось по методу И.В. Тюрина в модификации Б.А. Никитина. Интенсивность разложения целлюлозы опреде лялась аппликационным методом в полевых и лабораторных условиях, актив ность каталазы - газометрическим методом.
Математическая обработка результатов исследований проводилась по Е.А. Дмитриеву (2009) и Б.А. Доспехову (1985).
2. Исследование роли гранулометрического состава почв и его оценка 2.1. Качественная характеристика почв различного гранулометрического состава и их оценка Второй блок биометрического опыта представлен вариантами с различ ным гранулометрическим составом пахотного горизонта моделей. Для прида ния варьирования изучаемому признаку моделируются почвы с гранулометри ческим составом от связнопесчаного до среднесуглинистого. Таким образом, в опыте представлен набор разновидностей почв, которые занимают в пашне Нижегородской области площадь 1470 тыс. га, что составляет 67,3% (Панин А.М., 1993).
В табл. 1 представлены результаты определения гранулометрического со става почв биометров II-го блока. В опыте наблюдаются существенные и дос товерные различия по большинству вариантов моделей.
При помощи кумулятивных кривых гранулометрического состава ориен тировочно определено содержание ЭПЧ по классификации Аттерберга и даны наименования почв по различным классификациям. Примечательно, что «лёг кая» супесчаная разновидность по классификации Департамента сельского хо зяйства США имеет наименование loamy sands (суглинистый песок), а «тяжё лая» супесчаная – sandy loams (песчаный суглинок). По немецкой классифика ции их наименования – schwach lehmiger Sand (легкосуглинистый песок) и mit tel lehmiger Sand (среднесуглинистый песок).
Таблица 1. Гранулометрический состав почв биометров (n=30) Размеры фракций, мм 0,25- 0,05- 0,01- 0,005 Вариант 1-0,5 0,5-0,25 0,01 0, 0,05 0,01 0,005 0, M±m, % Связнопес 7,7±0,4 36,4±0,6 42,2±1,2 6,0±1,2 7,5±0,2 0,6±0,2 1,9±0,1 5,0±0, чаная «Лёгкая» 5,8±0,1 34,4±0,3 33,4±0,2 13,4±0,3 13,1±0,5 3,6±0,1 2,5±0,1 7,0±0, супесчаная «Тяжёлая» 4,7±0,2 30,8±0,2 26,2±0,3 21,1±0,3 16,9±0,4 5,0±0,5 3,7±0,2 8,2±0, супесчаная Легкосуг 3,4±0,1 23,2±0,2 19,7±0,4 29,7±0,3 24,8±0,9 2,7±0,1 4,0±0,1 18,1±0, линистая Среднесуг 0,7±0,1 1,0±0,1 14,4±0,4 49,8±0,7 33,4±0,7 4,9±0,4 8,6±0,2 19,9±0, линистая НСР05 0,52 1,03 1,96 2,00 1,73 0,84 0,42 1, Примечание: n – количество исследованных образцов;
М – среднее арифметическое значение;
+m – ошибка среднего арифметического значения В табл. 2 представлены результаты определения общих физических и вод но-физических свойств почв пахотного горизонта моделей.
С увеличением содержания физической глины происходит уменьшение величины равновесной плотности почвы. Такая зависимость обусловлена осо бенностями сложения частиц различного размера. В связи с этим диапазоны оптимальной плотности почв отличаются в зависимости от разновидности.
С утяжелением гранулометрического состава почв происходит увеличе ние значения общей пористости, что также связано с особенностями располо жения частиц различного размера. Несмотря на это, лёгкие почвы имеют луч шую лучшую аэрацию из-за большой доли некапиллярных пор и меньшей под верженности их к образованию почвенной корки.
Значения гигроскопической, максимальной гигроскопической и полевой влажностей имеют существенные различия в зависимости от разновидности почвы. Соотношение величин каждого из перечисленных показателей в средне суглинистой почве к связнопесчаной составляет 5,5, 4,7 и 2,7. Уменьшение данного соотношения свидетельствует о том, что чем выше содержание влаги, тем меньшее значение имеет гранулометрический состав в дифференциации влажности почвы в представленных интервалах содержания физической глины.
Это положение показывает снижение роли гранулометрического состава при улучшении водного режима лёгких почв.
Различия в свойствах «лёгкой» и «тяжёлой» супесчаной почв существен ны и достоверны по большинству показателей, представленных в табл. 2. Это тем более важно, что именно физические характеристики почвы были положе ны в основу классификации почв по гранулометрическому составу Н.А. Качин ского.
В табл. 3 приведены значения показателей агрохимических и физико химических свойств пахотных горизонтов почв моделей опыта.
Таблица 2. Общие физические и водно-физические свойства почв пахотного слоя биометров Максимальная Вариант Плотность Плотность Пористость Пористость Гигроскопи- Полевая Капиллярная почвы, твёрдой общая, % аэрации, % ческая влаж- гигроскопическая влажность, влагоёмкость, ность, % влажность, % г/см3 фазы,г/см3 % % M±m Связнопес- 1,49±0,01 2,66±0,03 44,0±0,3 34,2±1,0 0,35±0,05 0,76±0,04 6,6±0,7 21,4±0, чаная «Лёгкая» 1,44±0,01 2,64±0,02 45,5±0,2 32,4±0,2 0,76±0,02 1,33±0,03 9,1±0,1 23,4±0, супесчаная «Тяжёлая» 1,30±0,01 2,62±0,01 50,4±0,4 33,6±0,6 0,98±0,03 2,05±0,02 12,9±0,3 28,3±0, супесчаная Легкосуг- 1,24±0,01 2,64±0,01 53,4±0,4 33,7±0,5 1,24±0,02 3,05±0,04 16,0±0,1 31,4±0, линистая Среднесуг- 1,14±0,02 2,63±0,02 56,7±0,5 35,2±0,9 1,75±0,03 3,53±0,02 18,8±0,3 34,3±0, линистая 0,03 0,06 1,01 2,21 0,1 0,06 1,01 1, НСР Таблица 3. Агрохимические и физико-химические свойства почв пахотного слоя биометров Вариант Содержание Содержание Содержание Показатель Гидролити- Сумма об- Ёмкость ка- Степень на гумуса, % подвижного подвижного обменной ческая ки- менных тионного сыщенности фосфора, калия, мг/кг кислотности, слотность, оснований, обмена, основания мг/кг мг-экв./100 г мг-экв./100 мг-экв./100 ми, % рНKCl M±m Связнопес 0,7±0,0 99±4 98±3 5,6±0,2 1,1±0,0 3,0±0,2 4,1±0,17 73,7±0, чаная «Лёгкая» 1,3±0,0 127±1 76±1 5,9±0,1 1,4±0,0 5,3±0,1 6,7±0,12 79,9±0, супесчаная «Тяжёлая» 2,1±0,1 153±3 118±2 5,7±0,0 1,8±0,0 7,5±0,3 9,3±0,33 80,9±0, супесчаная Легкосугли 2,0±0,0 294±2 234±2 5,4±0,1 2,6±0,1 8,1±0,1 10,7±0,15 75,6±0, нистая Среднесуг 1,9±0,0 376±2 301±3 5,1±0,0 3,9±0,1 8,9±0,2 12,8±0,23 69,4±0, линистая 0,13 6,9 6,5 0,34 0,16 0,59 0,64 1, НСР Содержание подвижных форм фосфора и калия и значения показателей основных физико-химических свойств почв увеличиваются с утяжелением гра нулометрического состава, что определяется, в большей степени, увеличением содержания илистой фракции.
В связи с приданием большого значения биологическим свойствам, как в историческом, так и современном аспекте, проведены определения некоторых биологических показателей. Результаты представлены в табл. 4. Самая тесная связь имеется с содержанием гумуса, что указывает на значительную роль ор ганического вещества в определении биологических параметров почв.
Таким образом, гранулометрический состав оказывает существенное влияние на дифференциацию агрохимических и физико-химических свойств почв даже в пределах одной почвенной разновидности существующей класси фикации, что необходимо учитывать при исследованиях почвенных характери стик.
Следует обратить внимание на тот факт, что «лёгкая» и «тяжёлая» супес чаные разновидности имеют существенные и достоверные различия по многим важным показателям свойств почв. Данное обстоятельство, а также достовер ные различия по урожайности сельскохозяйственных культур, свидетельствуют об их качественных различиях и дают основания разделять супесчаную разно видность почвы на более узкие интервалы по содержанию физической глины, например, на лёгкую супесчаную (с интервалом по содержанию физической глины от 10 до 15%) и тяжёлую супесчаную (от 15 до 20%).
Гранулометрический состав имеет большое значение как фактор диффе ренциации свойств и режимов почв. Ещё большую роль он имеет в связи с влиянием на основную функцию агроэкосистемы – её продуктивность.
В табл. 5 представлены значения урожайности ярового ячменя, возделы ваемого на биометрическом опыте в 2008 году, озимой ржи, убранной в году и яровой пшеницы (2010 год). Полученные данные свидетельствуют о сложной зависимости урожайности зерновых культур от показателей грануло метрического состава. Максимальная урожайность ярового ячменя и озимой ржи достигнута на «тяжёлой» супесчаной почве. Урожайность данных культур на других разновидностях снижалась. В данном случае зависимость урожайно сти от содержания физической глины – основной фракции, лежащей в основе используемой в настоящее время классификации почв, является непрямолиней ной. Зависимость урожайности яровой пшеницы близка к прямолинейной в изучаемой выборке разновидностей почв.
Разнообразие полученных зависимостей объясняется различием во влаго обеспеченности посевов. В условиях хорошего увлажнения в 2008 и 2009 годах имели значение хорошие водо- и воздухопроницаемость супесчаных почв, а в 2010 году показали преимущество высокая влагоёмкость и хорошие капилляр ные свойства в среднесуглинистой почве.
Таблица 4. Биологические показатели свойств почв моделей опыта Содержание Содержание нитратов после Целлюлолитическая активность, % Активность нитратов инкубации (21 день) каталазы, лабораторный метод май сентябрь фактическое потенциальное полевой Вариант см3/г*мин метод май сентябрь среднее мг/кг m±M Связнопесчаная 63,6±6,1 22,1±1,8 25,0±0,4 23,6±0,9 0,6±0,0 6,7±0,1 3,8±0,3 4,4±0,3 7,6±0, «Лёгкая» супесча- 64,3±4,6 26,2±2,3 29,1±0,5 27,7±1,3 1,0±0,0 7,8±0,1 5,5±0,2 6,2±0,1 9,6±0, ная «Тяжёлая» супес- 56,2±3,7 30,7±1,4 33,8±0,4 32,3±0,8 1,3±0,0 10,9±0,2 7,2±0,3 8,0±0,2 12,5±0, чаная Легкосуглинистая 60,8±7,5 37,8±0,4 37,1±0,4 37,5±0,3 1,4±0,1 12,1±0,2 7,3±0,2 8,3±0,2 13,1±0, Среднесуглинис- 41,6±3,1 39,6±1,6 41,3±0,4 40,5±1,0 1,1±0,1 13,2±0,2 8,3±0,3 9,2±0,2 14,3±0, тая 14,4 5,3 1,28 2,74 0,14 0,57 0,84 0,66 0, НСР Таблица 5. Урожайность культур в модельном опыте и относительная оценка почв по гранулометрическому составу Урожайность Урожайность Урожайность Поправочные коэффициенты ярового ячменя, озимой ржи, яровой пшени на гранулометрический состав почв 2008 г. 2009 г. цы, 2010 г.
Разновидность почвы относи- относи- относи- для серых лесных для серых лесных для дерново-подзо ц/га тельные ц/га тельные ц/га тельные почв по Н.А. Ка- почв по А.С. Фа- листых по А.С. Фа единицы единицы единицы чинскому, 1965г. тьянову, 1971 г. тьянову, 1971 г.
- - - - - - 0,2 - 0, Рыхлопесчаная 36,8 0,84 29,9 0,85 8,9 0,48 0,4 - 0, Связнопесчаная 41,8 0,96 32,3 0,92 9,8 0,53 0,6 - 0, Супес- лёгкая 43,7 1,00 35,2 1,00 12,1 0,66 0,6 - 0, чаная тяжёлая 41,8 0,96 33,7 0,96 16,0 0,87 0,7 0,85 0, Легкосуглинистая 39,8 0,91 32,7 0,93 18,4 1,00 0,9 0,92 1, Среднесуглинистая - - - - - - 1,0 1,00 Тяжёлосуглинистая - - - - - - 0,8 1,00 Глинистая 1,55 - 0,83 - 0,85 - - - НСР Для сопоставимости значений урожайности различных культур по годам абсолютные показатели переведены в относительные (табл. 5). Использование относительных единиц позволяет также сопоставлять полученные соотношения с поправочными коэффициентами, предложенными для проведения земельно оценочных работ.
Анализ значений показателей относительной урожайности в 2008 и годах свидетельствует о значительном занижении оценки лёгких почв в бони тировочных классификациях Н.А. Качинского и А.С. Фатьянова. Подобное не соответствие оценок почв различного гранулометрического состава связано, очевидно, с различной интенсивностью земледелия, поскольку с ростом антро погенного влияния происходит перегруппировка факторов продуктивности сельскохозяйственных культур и различия в продуктивности разнокачествен ных почв уменьшаются.
В 2010 году в условиях, когда засуха лимитировала урожай сельскохозяй ственных культур и абсолютные значения урожайности были невысокими, наи высшая продуктивность наблюдалась на более тяжёлой среднесуглинистой почве. В этом случае относительные значения урожайности близки к поправоч ным коэффициентам, предложенным Н.А. Качинским и А.С. Фатьяновым.
Таким образом, оценка почв различного гранулометрического состава не может характеризоваться константными величинами и зависит от интенсивно сти проявления других факторов, в частности, от уровня агротехники и влаго обеспеченности посевов.
Для оценки степени зависимости урожайности сельскохозяйственных культур и свойств почв биометрического опыта проведён корреляционный ана лиз, представленный в табл. 6. Из показателей гранулометрического состава выбраны содержание крупной пыли, физической глины и ила, поскольку, по литературным источникам, данным фракциям и их группам придаётся наи большее значение в определении свойств почв и в формировании урожая сель скохозяйственных культур.
Из показателей свойств почв отбирались те, которые имеют наибольшее значение как факторы продуктивности растений и в то же время имеют доста точное варьирование, поскольку вариабельность изучаемого признака является необходимым критерием при выполнении корреляционного анализа.
Урожайность зерновых культур в годы с хорошей влагообеспеченностью имеет слабую и среднюю тесноту связи с большинством показателей свойств почв, за исключением содержания гумуса и активности каталазы. Таким обра зом, оптимизация условий роста растений способствует уменьшению роли поч венных свойств как факторов продуктивности. Содержание гумуса и актив ность каталазы в отличие от большинства других свойств имеют более слабую зависимость с показателями гранулометрического состава. Содержание гумуса в моделях является маловарьирующим, поэтому не отображает влияние на про дуктивность сельскохозяйственных культур.
В засушливый 2010 год урожайность яровой пшеницы имела тесную связь с показателями гранулометрического состава, агрохимическими и физическими свойствами и целлюлолитической активностью. Таким образом, при наличии фактора, существенно лимитирующего продуктивность зерновых культур, зна чение почвенных факторов повышается.
Таблица 6. Матрица корреляции некоторых свойств почв биометров и урожайности зерновых культур У1 У2 У3 Х1 Х2 Х3 Х4 Х5 Х6 Х7 Х8 Х У1 - - - 0,18 0,24 0,14 0,78 0,33 0,31 0,36 0,38 0, У2 - - - 0,40 0,44 0,34 0,93 0,54 0,55 0,58 0,58 0, У3 - - - 0,97 0,99 0,98 0,73 0,96 0,99 0,98 0,98 0, Х1 0,18 0,40 0,97 - 0,99 0,92 0,70 0,99 0,97 0,96 0,96 0, Х2 0,24 0,44 0,99 0,99 - 0,96 0,74 0,99 0,98 0,98 0,98 0, Х3 0,14 0,34 0,98 0,92 0,96 - 0,66 0,91 0,94 0,94 0,95 0, Х4 0,78 0,93 0,73 0,70 0,74 0,66 - 0,80 0,82 0,84 0,84 0, Х5 0,33 0,54 0,96 0,99 0,99 0,91 0,80 - 0,98 0,98 0,98 0, Х6 0,31 0,55 0,99 0,97 0,98 0,94 0,82 0,98 - 1,00 0,99 0, Х7 0,36 0,58 0,98 0,96 0,98 0,94 0,84 0,98 1,00 - 1,00 0, Х8 0,38 0,58 0,98 0,96 0,98 0,95 0,84 0,98 0,99 1,00 - 0, Х9 0,85 0,92 0,61 0,53 0,61 0,59 0,95 0,65 0,69 0,72 0,74 Примечание. Индексами в таблице обозначены:
У1 – урожайность ярового ячменя, ц/га;
У2 – урожайность озимой ржи, ц/га;
У2 – урожайность яровой пшеницы, ц/га;
Х1 – содержание крупной пыли, %;
Х2 – содержание физической глины, %;
Х3 – содержание ила, %;
Х4 – содержание гумуса, %;
Х5 – ёмкость катионного обмена, мг-экв./100 г;
Х6 - пористость общая, %;
Х7 - полевая влажность, %;
Х8 – целлюлолитическая активность (лабораторный метод), %;
Х9 – активность каталазы, см3/г*мин.
Сравнение тесноты связи показателей гранулометрического состава с дру гими свойствами почв и урожайностью свидетельствует о том, что содержание физической глины имеет более тесную связь с другими показателями по срав нению с содержанием крупной пыли и ила. Корреляционная зависимость с большинством показателей свойств и урожайностью яровой пшеницы является тесной.
Анализ продуктивности зерновых культур в модельном опыте, получен ные результаты корреляционного анализа свидетельствуют о сложности оценки гранулометрического состава почв, поскольку его значение и влияние на функ цию в большой мере зависит от соотношения других факторов роста и развития растений.
2.1. Качественная оценка стратиграфии почвообразующих пород При качественной оценке почв имеет значение не только гранулометри ческий состав пахотного горизонта, но и профильная его неоднородность. Зна чимость изучения данного диагностического признака подтверждается широ ким распространением стратиграфии почвообразующих пород – их доля в паш не Нижегородской области составляет 23,6% (Панин А.М., 1993).
Для исследования роли стратиграфии почвообразующих пород в биомет рическом эксперименте включены варианты наиболее распространённых на территории Нижегородской области профильных геологических строений гор ных пород. С целью дифференциации уровня агротехники с 1992 по 1996 гг.
возделывание сельскохозяйственных культур проводилось без внесения удоб рений, а с 1997 по 2007 гг. применялись минеральные удобрения из расчёта N60P60K60.
В табл. 7 представлены относительные значения урожайности сельскохо зяйственных культур на почвах с различной стратиграфией почвообразующих пород. Абсолютные значения урожайности переведены в относительные для сопоставимости результатов по годам. В качестве варианта сравнения принята модель светло-серой лесной легкосуглинистой почвы. Полученные данные уро жайности свидетельствуют об отрицательном влиянии подстилания суглинков породами лёгкого гранулометрического состава на продуктивность сельскохо зяйственных культур. Снижение урожайности наблюдается на всех изучаемых вариантах. Это, в значительной степени, объясняется ухудшением водно физических свойств при изучаемой неоднородности гранулометрического со става почвенного профиля.
Подстилание суглинистой породы песчаной с глубины 40 см при низкой интенсивности земледелия снижает урожайность в среднем на 23,8%, с глуби ны 80 см – на 15,6%. В наибольшей степени снижение агрономической ценно сти почвы наблюдается в случае слоистости почвообразующей породы с глуби ны 25 см – снижение урожайности происходит на 30,2%. Таким образом, боль шое значение имеет не только сам факт подстилания, но и его глубина. Это по казывает необходимость отмечать в названиях почвенных выделов указанные особенности, что в реальности на крупномасштабных почвенных картах отме чается не всегда.
На удобренном фоне снижение урожайности культур происходит в меньшей степени. При подстилании с глубины 80 см на 10,1%, с глубины 40 см – 18,3%, при двукратной слоистости – 24,1%. Это свидетельствует об умень шении негативного влияния стратиграфии почвообразующих пород при увели чении интенсивности земледелия.
Таблица 7. Относительная урожайность культур по вариантам I–го блока за 1992 – 2007 гг.
Урожайность, % к варианту без подстилания Глу без удобрений с удобрениями бина под- 1992 1993 1994 1995 1996 2002 2003 2004 2005 2006 Сред- 1997 1998 1999 2000 2001 Сред Сред сти- нее за нее нее за оз. рожь вико- кострец ла- овёс кормовая 1992 за рапс (зерно+ овёс озимая безос- кукуруза кукуруза вико-овёс озимая рапс 1997 кострец безостый ячмень (зелё- свёкла ния, солома) (зелё- рожь тый (сухое (сухое лет (зелёная (зелёная пшеница (зелёная ная (корне (зелёная масса) (зерно) см сухое ная (зерно) (зел. 1996 в-во) в-во) масса) (зерно) масса) масса) масса) плоды) гг.
в-во масса) масса) гг.
25;
45 40,0 82,0 61,5 91,2 69,5 68,8 75,5 73,4 89,9 80,9 73,6 76,8 75,6 66,7 76,3 76,4 69,3 75,9 73, 40 43,8 91,4 80,0 95,6 70,4 76,2 83,3 79,8 87,7 90,5 80,9 78,7 78,6 76,7 82,2 82,5 77,3 81,7 80, 80 66,9 82,2 99,6 100,7 72,8 84,4 83,8 85,6 98,9 93,7 80,9 93,3 93,9 88,3 89,9 90,6 90,0 89,9 88, нет 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100, 2.4. Изучение влияния гранулометрического состава в условиях производства Для изучения роли гранулометрического состава в условиях производства обобщены данные по урожайности, агрохимическим свойствам и грануломет рическому составу почв пашни по административным районам и ряду сельско хозяйственных предприятий Нижегородской области.
При проведении почвенно-агрохимических обследований гранулометри ческий состав пахотных почв определяется преимущественно качественно. По этому для количественного его выражения нами применён закон нормального распределения, т.е. приняты среднеарифметические значения содержания фи зической глины по разновидностям.
В табл. 8 представлены результаты корреляционного анализа урожайно сти зерновых культур с показателями свойств почв и насыщенностью удобре ниями. Для всех районов области наиболее тесная связь урожайности наблюда ется с показателем насыщенности удобрениями. Для показателей свойств почв теснота связи значительно меньше и в большинстве случаев является слабой.
Наличие достаточной базы данных позволяет провести корреляционный анализ на различных уровнях агротехники. С этой целью районы области были разделены на три группы. В качестве критерия для группировки использовался показатель насыщенности удобрениями. Среднеобластное значение данного показателя составляет около 30 кг д.в./га. Это значение использовано в качестве основного показателя для среднего уровня агротехники. С целью получения трёх групп с достаточным для проведения корреляционного анализа количест вом районов, границами между группами были выбраны значения 20 и 40 кг д.в./га. Таким образом, в первой группе было выделено 17 районов с низким уровнем агротехники, средняя насыщенность удобрениями в которых составля ет менее 20 кг д.в./га. Ко второй группе со средним уровнем агротехники отне сены 12 районов Нижегородской области с насыщенностью от 20 до 40 кг д.в./га. В третью группу включено 19 районов с высоким уровнем интенсивно сти земледелия, в которых средняя насыщенность удобрениями за 2007-2009 гг.
составила более 40 кг д.в./га.
Анализ данных табл. 8 показывает уменьшение тесноты связи урожайно сти с внесением удобрений при увеличении количества последних. Это свиде тельствует о большей окупаемости удобрений при уменьшении их доз внесения и ослаблении влияния природных факторов, за исключением экстремальных.
Теснота связи основных агрохимических свойств и гранулометрического состава с урожайностью зерновых культур является в большинстве случаев слабой, несмотря за варьирование данных показателей по районам. Это связано с наличием нескольких причин. Во-первых, продуктивность культур зависит не только от свойств почв. Во-вторых, в эксперименте изучалось влияние свойств с большой долей антропогенного воздействия, которое уменьшает роль факто ров, имеющих преимущественно природное происхождение.
Таблица 8. Корреляционный анализ показателей свойств почв и насыщенности удобрениями с урожайностью зерновых культур (по среднерайонным значениям) Значение коэффициента корреляции урожайности с природными и экономическими показателями насыщен Год ность физическая гумус Р2О5 К2О рН удобрени- глина ями Все районы 2007 0,79 0,19 0,64 0,60 0,35 0, 2008 0,79 0,39 0,32 0,65 0,18 0, 2009 0,86 0,39 0,43 0,62 0,22 0, Среднее 0,87 0,34 0,50 0,66 0,27 0, Районы 1-й группы (насыщенность удобрениями менее 20 кг д.в./га) n= 2007 0,61 0,23 0,26 0,49 0,39 0, 2008 0,72 0,37 0,17 0,47 0,15 0, 2009 0,71 0,37 0,18 0,48 0,02 0, Среднее 0,78 0,35 0,22 0,52 0,20 0, Районы 2-й группы (насыщенность удобрениями 20 - 40 кг д.в./га) n= 2007 0,76 -0,03 0,39 0,36 -0,25 0, 2008 0,47 0,34 0,29 0,61 -0,19 0, 2009 0,34 0,82 -0,16 0,74 0,14 0, Среднее 0,67 0,52 0,24 0,70 -0,14 0, Районы 3-й группы (насыщенность удобрениями более 40 кг д.в./га) n= 2007 0,57 -0,16 0,74 0,42 0,53 -0, 2008 0,44 0,09 0,13 0,46 0,22 0, 2009 0,62 -0,09 0,43 0,31 0,38 0, Среднее 0,61 -0,09 0,57 0,45 0,46 0, Примечание: n – количество административных районов в выборке Таким образом, выявление взаимосвязи факторов и функции в производ ственных условиях является трудно разрешимой проблемой. Указанное огра ничение возможностей в использовании данных по факторам продуктивности земель в реальных производственных условиях связано с частыми изменениями границ землепользований и недостаточно корректной статистикой. Поэтому для выявления критериев оценки качества почвенных условий и их роли в соз дании функции необходимо использовать данные модельных экспериментов.
Корреляционный анализ проведён также для показателей на уровне сель скохозяйственных предприятий. При этом получены аналогичные результаты.
ВЫВОДЫ Результаты представленных исследований позволяют сделать следующие выводы:
1. Исследование особенностей гранулометрического состава почв показа ло, что его агропроизводственное значение не является константным, а зависит как от экологических особенностей сельскохозяйственных культур и природ ных условий местности, так и от уровня технологического воздействия в про цессе сельскохозяйственного производства, что подтверждается результатами корреляционного анализа.
2. Равный интервал в содержании физической глины в принятой группи ровке почв по гранулометрическому составу не является достаточно обосно ванным. Так, в супесчаной разновидности верхний предел содержания физиче ской глины отличается от нижнего предела на 100%, а в тяжелосуглинистой – на 25%. Это обстоятельство влияет на внутриразновидностную разницу в пока зателях других важных свойств и на сельскохозяйственную пригодность почв.
3. Достоверные различия в супесчаной разновидности по большинству общих физических, водно-физических, физико-химических, агрохимических свойств и урожайности сельскохозяйственных культур свидетельствуют о раз нокачественности супесчаных почв. Это доказывает необходимость разделения супесчаной разновидности как минимум на две. Предлагается выделять «лёг кую» супесчаную и «тяжёлую» супесчаную почвы.
4. Уточнено значение стратиграфии почвообразующих пород при разных уровнях интенсивности земледелия. В условиях северной лесостепи с увеличе нием глубины смены гранулометрического состава роль стратиграфии почв в снижении урожайности уменьшается. Наибольшее снижение продуктивности наблюдается при двукратной смене гранулометрического состава в первом по луметре.
При повышении уровня агротехники роль стратиграфии почвообразую щих пород уменьшается.
5. Определение биологической активности почв биометров показало раз ную тесноту связи её с гранулометрическим составом. Так, целлюлолитическая активность имеет более тесную связь, по сравнению с активностью каталазы и нитрифицирующей способностью.
Указанные показатели теснее коррелируют с содержанием гумуса.
6. Среди факторов продуктивности земель в изученном регионе и при принятом уровне интенсификации производства ведущим является антропо генный. Его дифференциация вызывает необходимость проведения оценки ка чества земель как средства производства на разных уровнях интенсивности земледелия и показывает необходимость периодичности мониторинга земель.
ПРЕДЛОЖЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВУ При крупномасштабных почвенно-агрохимических обследованиях терри торий хозяйств целесообразно контуры супесчаных разновидностей почв де лить как минимум на две составляющие – «лёгкую» и «тяжёлую» супесчаную, которые должны получать разную кадастровую оценку, соответствующую их сельскохозяйственной разнокачественности.
Положения диссертации опубликованы в следующих работах:
1. Муралев С.Г., Панин А.М., Заводчикова О.А. Корректировка поправоч ных коэффициентов на смытость серых лесных почв при производстве земель но-оценочных работ // Мат. Всерос. науч.-практич. конф., посв. памяти проф.
В.В. Тюлина. Киров, 2008. – С. 36-39.
2. Муралев С.Г., Панин А.М., Потапенко В.Н. Почвенные условия как фактор продуктивности яровых сурепицы и рапса // Мат. Всерос. науч. практич. конф., посв. памяти проф. В.В. Тюлина. Киров, 2008. – С. 141-144.
3. Муралев С.Г. Исторический опыт земельно-оценочных работ в Герма нии // Почвы как компонент природы и фактор продуктивности сельскохозяй ственных земель. Статистико-стохастическое моделирование в организации сельскохозяйственного производства. Мат. Всерос. науч.-практич. конф. Н.Нов город, 2008. – С. 123-130.
4. Панин А.М., Муралев С.Г. К вопросу о целесообразности совершенст вования понятийного аппарата и аргументированности заключений в почвове дении // Почвы как компонент природы и фактор продуктивности сельскохо зяйственных земель. Статистико-стохастическое моделирование в организации сельскохозяйственного производства. Мат. Всерос. науч.-практич. конф.
Н.Новгород, 2008. – С. 130- 5. Шафронов О.Д., Сорочкин М.А., Панин А.М., Муралев С.Г. Оценка сте пени деградации почв Нижегородской области по данным с реперных участков // Почвы как компонент природы и фактор продуктивности сельскохозяйствен ных земель. Статистико-стохастическое моделирование в организации сельско хозяйственного производства. Мат. Всерос. науч.-практич. конф. Н. Новгород, 2008. – С. 230-235.
6. Шафронов О.Д., Сорочкин М.А., Панин А.М., Муралев С.Г. Моделиро вание технологии выращивания озимой ржи // Почвы как компонент природы и фактор продуктивности сельскохозяйственных земель. Статистико стохастическое моделирование в организации сельскохозяйственного произ водства. Мат. Всерос. науч.-практич. конф. Н. Новгород, 2008. – С. 248-253.
7. Шафронов О.Д., Сорочкин М.А., Панин А.М., Муралев С.Г. Моделиро вание технологии выращивания озимой пшеницы // Почвы как компонент при роды и фактор продуктивности сельскохозяйственных земель. Статистико стохастическое моделирование в организации сельскохозяйственного произ водства. Мат. Всерос. науч.-практич. конф. Н. Новгород, 2008. – С. 253-261.
8. Муралев С.Г. О роли гранулометрического состава почв как критерия оценки сельскохозяйственных земель // Проблемы сельскохозяйственного про изводства: Мат. науч.-практич. конф. преподавателей и студентов по итогам 2007-2008 уч. года. Н. Новгород: НГСХА, 2008. – С. 122-124.
9. Муралев С.Г. Гранулометрический состав почв как её качественный показатель // Проблемы сельскохозяйственного производства: Мат. науч. практич. конф. преподавателей и студентов по итогам 2008-2009 уч. года.
Н.Новгород: НГСХА, 2009. – С. 108-111.
10. Панин А.М., Муралев С.Г. Исследование значимости гранулометриче ского состава почв и почвообразующих пород при выполнении земельно оценочных работ // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачев ского. 2010. - №4. – С. 109-114.
11. Панин А.М., Муралев С.Г. О роли гранулометрического состава почв в систематике и агропроизводственной характеристике почв // Земледелие и его ресурсное обеспечение в современных условиях: Мат. науч.-практич. конф., по свящённой 75-летию Заикина В.П. и 80-летию образования Нижегородской госсельхозакадемии. Н. Новгород. 2010. – С. 233-237.
12. Муралев С.Г., Быков В.А. Почвенные условия как фактор продуктив ности озимой ржи // Проблемы сельскохозяйственного производства: Мат. на уч.-практич. конф. преподавателей и студентов по итогам 2009-2010 уч. года.
Н.Новгород: НГСХА, 2010.
Муралев Сергей Григорьевич АГРОПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЧВ И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ОЦЕНКЕ КАЧЕСТВА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ Автореферат Усл. п.л. 1,0. Тираж 100 экз.
Отпечатано в типографии ФГОУ ВПО «Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия» 603107, г. Нижний Новгород, пр-т Гагарина, д.