Оценка изменения экологического состояния луговой черноземовидной почвы в результате многолетнего использования различных технологических приемов
На правах рукописи
ГРЕБЕНЮК ГАЛИНА АЛЕКСАНДРОВНА
ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
ЛУГОВОЙ ЧЕРНОЗЕМОВИДНОЙ ПОЧВЫ В РЕЗУЛЬТАТЕ
МНОГОЛЕТНЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЕМОВ
03.02.08 – экология (биология) (биологические наук
и)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
БЛАГОВЕЩЕНСК – 2012
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный аграрный университет» на кафедре экологии и охраны природы
Научный руководитель доктор биологических наук, профессор Харина Светлана Григорьевна
Официальные оппоненты: Голов Владимир Иванович, доктор биологиче ских наук, старший научный сотрудник, Биолого почвенный институт ДВО РАН, гл. научный сотруд ник лаборатории почвоведения и экологии почв Жилин Олег Викторович, кандидат биологиче ских наук, Амурский филиал Федерального госу дарственного бюджетного учреждения науки Бо танического сада-института ДВО РАН, директор
Ведущая организация ГНУ Дальневосточный научно - исследователь ский институт сельского хозяйства Россельхозакадемии
Защита состоится 05 апреля 2012 г. в 12 часов на заседании диссертационно го совета Д 220.027.03 при ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государствен ный аграрный университет» по адресу: 675005, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, корпус № 1, ауд. 223, тел. (факс): 8(4162)49-10-44, 8(4162)51-32-42, e-mail: [email protected].
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный аграрный университет» по адресу 675005, г. Благовещенск, ул. Политехническая
Автореферат размещен на сайте университета http://www.dalgau.ru, направлен в ВАК РФ по адресу: [email protected] Автореферат разослан «03» марта 2012 г., Учёный секретарь диссертационного совета Захарова Елена Борисовна
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования: В природных процессах почва является достаточно устойчивым структурно-функциональным компонентом биосфе ры, находящимся в состоянии гомеостаза или равновесия со средой либо медленной, гармоничной эволюции вслед за природной эволюцией среды.
Почва обладает свойствами самоочищения и самовосстановления, однако та кая устойчивость существенно нарушается антропогенными воздействиями (Добровольский, Никитин, 1990). Все возрастающее воздействие деятельно сти человека на окружающую среду достигло уровня, при котором происхо дят существенные изменения в химическом составе почвенного покрова.
Почва, как незаменимый компонент ландшафта, приобретает все большую экологическую роль в устойчивом функционировании биосферы (Черников, Милащенко, Соколов, 2001).
В естественных биогеоценозах круговороты химических элементов осуществляются по замкнутым циклам и близки к скомпенсированности. В агроценозах, в результате возделывания сельскохозяйственных культур, про исходит интенсивное отчуждение питательных веществ почвы, восстановле ние которых может осуществляться благодаря внесению минеральных и ор ганических удобрений, которые призваны поддерживать активный баланс и малый круговорот биогенных элементов в земледелии с учетом оптимально го их соотношения в агроэкосистеме (Минеев, 1998).
Использование минеральных удобрений, различных агротехнических приемов воздействуют на экологическое состояние почв. Происходит потеря гумуса, подкисление почв, изменяется содержание основных биогенных эле ментов. В большинстве исследований, изменения, происходящие в почве от воздействия различных способов обработки почвы и внесения удобрений, определялись только для слоя 0-20 см, иногда до 40 см. Почва является эле ментом ландшафта и изучение только пахотного слоя недостаточно для оценки изменения ее состояния. Изучение воздействия многолетнего приме нения (в течение 20 лет) различных технологических приемов на почву на глубину до 100 см дает возможность более достоверно оценить экологиче ское состояние почвы.
Цель исследований: Оценить экологическое состояние луговой черно земовидной почвы в результате применения минеральных, органических удобрений, различных агротехнических факторов в севообороте с многолет ними травами в условиях среднего Приамурья.
Задачи исследования:
– Выявить последействие применяемых агроприемов в длительном се вообороте на агрохимические показатели почвы послойно по 20 см на глуби ну 100 см;
– Изучить возможность изменения содержания основных биогенных элементов: азота, фосфора, калия по почвенному профилю;
– Определить влияние удобрений, запашки соломы, способов обработ ки почвы, многолетних трав в севообороте на целлюлозоразлагающую ак тивность луговой черноземовидной почвы;
– Оценить экологическое состояние луговой черноземовидной почвы в результате многолетнего техногенеза.
Исследования проводились в соответствии с тематикой научно исследовательских работ Дальневосточного государственного аграрного уни верситета: тема НИР № 01200503566 «Адаптивное землепользование», раздел «Мониторинг состояния агроэкосистем в условиях Амурской области».
Научная новизна: Впервые в агроэкологических условиях Приамурья получены данные по изменению содержания биогенных элементов фосфора, калия и агрохимических свойств луговой черноземовидной почвы на глубину до 100 см после 20 летнего применения удобрений и различных агротехниче ских приемов в севообороте с многолетними травами. Изучено влияние дли тельного применения удобрений в севообороте с многолетними травами на целлюлозоразлагающую способность почвенной микрофлоры. Выявлено из менение экологического состояния почвы производственных полей в сравне нии с почвой в длительном севообороте с многолетними травами и с почвой лесополос, не подверженной сельскохозяйственному антропогенезу.
Защищаемые положения:
1. Антропогенное воздействие на луговую черноземовидную почву приводит к изменению агрохимических свойств почвы пахотного слоя и до глубины 100 см.
2. Многолетнее использование минеральных удобрений изменило со держание подвижных форм фосфора. В почве до глубины 100 см происходит накопление подвижных форм фосфора.
3. В производственных условиях происходит изменение экологического состояния почвы в сравнении с почвой опытного поля в длительном севооб ороте с многолетними травами и с почвой лесополос, не подверженной сель скохозяйственному антропогенезу.
Практическая значимость.
Результаты исследования могут быть использованы в практике сель скохозяйственного производства Амурской области при осуществлении ме роприятий по повышению плодородия почв и разработке системы удобрений для сохранения устойчивости агроэкосистем. Рекомендации по оптимизации экологического состояния луговых черноземовидных почв Амурской обла сти, разработанные на основе анализа мониторинговой информации, будут востребованы при планировании развития отрасли растениеводства в совре менных производственных условиях. Результаты исследований могут быть использованы в качестве научной базы при переходе к адаптивно ландшафтному земледелию в условиях Приамурья.
Материалы исследования используются в процессе преподавания дис циплин: агроэкология, агрохимия, почвенно-экологический мониторинг для специальностей агрономия, агроэкология, экономика и агроинженерия в ФГБОУ ВПО ДальГАУ.
Апробация работы: Результаты исследований доложены на научных конференциях ДальГАУ (Благовещенск 2003, 2007, 2008 гг.), на региональ ных научных конференциях аспирантов и молодых ученых (Благовещенск 2009, 2010 гг., Уссурийск 2010), международной научно-практической кон ференции (Улан-Удэ 2010).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 научных работ, в том числе одна в журнале из списка ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 128 стра ницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, обсуждения полученных результатов, практических рекомендаций, выводов и списка ли тературы, содержит 7 рисунков, 34 таблицы и 7 приложений. Список литера туры включает 185 отечественных и 23 иностранных источника.
Выражаю искреннюю благодарность за помощь в работе сотрудникам лаборатории химической мелиорации почв ВНИИ сои, к.с.-х.н. И.П.Волоху, к.с.-х.н., доценту кафедры агрохимии и почвоведения В.Ф. Прокопчук, заве дующей лаборатории агрохимии ДальГАУ к.с.-х.н., доценту Т.Е. Абросимо вой. Особую признательность за консультации выражаю д.б.н., профессору С.Г. Хариной.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. Влияние антропогенной нагрузки на почву (Обзор литературы) В главе приводятся сведения о воздействии различных агротехнических приемов, применения удобрений, севооборотов на изменение основных агро экологических показателей почвы, содержание основных биофильных эле ментов в почве.
2. Район работ, материалы и методы Исследования проводили в 2002 – 2005 гг. в длительном стационарном многофакторном опыте, заложенном под руководством д.с.-х. наук Г. К. Шелевого в 1985 - 1987 гг. в восьмипольном севообороте с многолет ними травами на луговой черноземовидной почве южной зоны Амурской об ласти на опытном поле ВНИИ сои с. Садовое Тамбовского района в лабора тории химической мелиорации почв и в лаборатории агрохимии института агрономии и экологии ДальГАУ.
Схема севооборота:
1. Зерновые с подсевом многолетних трав 2. Многолетние травы 1-го года использования 3. Многолетние травы 2-го года использования 4. Соя 5. Зерновые 6. Соя 7. Зерновые 8. Соя В опытах предусматривается изучение влияния на экологическое со стояние почв длительного применения удобрений в севообороте, внесения измельченной соломы комбайном при уборке и запашки плугом, глубокого рыхления почвы под сою стойками СибИМЭСХа на глубину 35-45 см 2 раза за ротацию севооборота, применения двух систем основной обработки поч вы: систематической ежегодной вспашки с оборотом пласта под сою, в соче тании с бесплужной обработкой под пшеницу (комбинированная обработка).
Бесплужная обработка проводилась КП 3,8 на глубину 10-12 см.
Стационарные опыты заложены в 3-х кратной повторности во времени.
Повторность опытов 4-х кратная, площадь делянки 200 м2, учетная площадь 50 м2. Рельеф участка выровненный, почвы луговые черноземовидные тяже ло суглинистые. Использовались многолетние травы: кострец, люцерна.
Удобрения вносили локально зерновой сеялкой под сою в дозе P 60, под пше ницу N 60 P 30 (аммиачная селитра + аммофос).
Наблюдения велись на двух закладках опыта, 3-х кратной повторности и двух кратной повторности во времени (табл. 1).
Вторая закладка 8-польного севооборота было заложена в 1986 году.
На момент начала наших исследований в 2002 г. на первом поле третьей ро тации высевалась пшеница Дальневосточная 10 с подсевом многолетних трав, в 2003 г. многолетние травы первого года, в 2004г. многолетние травы второго года, в 2005 г соя сорт Октябрь 70. В 1999 г. в варианте 4 вносили сапропель 40 т/га.
Таблица Схема исследуемых вариантов в стационарных опытах по изучению систем возделывания сои и зерновых культур в севообороте с многолетними травами (2002 - 2005 гг.) № ва Основная обработка почвы рианта Отвальная обработка под сою и пшеницу на глубину 22 – 24 см (контроль) Отвальная обработка под сою и пшеницу, минеральные удобрения, запашка соломы, глубокое рыхление на глубину 35 – 45 см Отвальная обработка под сою, бесплужная обработка под пшеницу (комбинированная обработка), минеральные удобрения, запашка соломы Отвальная обработка под сою, бесплужная обработка под пшеницу (комбинированная обработка), запашка соломы, сапропель 40 т/га Для выявления экологического состояния почв в результате многолет него применения минеральных удобрений и роли агротехнических факторов в возможного накопления биогенных элементов вглубь почвенного профиля, в 2002, 2003, 2005 гг. почвенные образцы отбирали буром с диаметром ста кана 5 см на глубину до 1 м, послойно по 20 см, по диагонали делянок.
Таблица Культуры, возделываемые в производственных посевах Годы исследования Обследо 2002 2003 2004 ванные поля Распределение культур по полям зерновые + многолетние Садовое пшеница соя многолетние травы 1-го го поле № травы да зерновые + многолетние многолетние многолетние Садовое многолетние травы 1-го го- травы 2-го го- травы 3-го го поле № 2 травы да да да Грибское соя ячмень - поле № Грибское пшеница соя - поле № Дроново по овес соя овес пар ле № Дроново по- многолетние многолетние не возделыва- не возделыва ле № 2 травы травы лось лось С целью проведения агроэкологического мониторинга в производ ственных условиях почву отбирали на закрепленных участках площадью м2 с полей с. Садовое, с. Грибское, с. Дроново послойно 0-20, 20-40, 40-60, 60-80, 80-100 см почвенным буром в 3-х точках (ГОСТ 28 168-89) в конце ве гетации культур. Почва луговая черноземовидная. Для сравнения отбирали почву в лесополосе, где она не была подвержена сельскохозяйственному воз действию (табл. 2).
В почвенных образцах определяли содержание подвижного фосфора и обменного калия методом Кирсанова в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26207 89), содержание гумуса по методу И.В.Тюрина модификации Никитина (Аг рохимические…,1975), обменные кальций и магний по методу ЦИНАО (ГОСТ 26487-85), кислотность потенциометрически (ГОСТ 26483-90), об менный аммоний (ГОСТ 26489-90), нитратный азот (ГОСТ 26951-91) в агро химической лаборатории кафедры земледелия, почвоведения и агрохимии.
Определение целлюлозоразлагающей способности почв по методу Е.Н. Мишустина, И.С. Восторова и А.Н.Петровой (Звягинцев, 1980).
Воспроизводимость результатов анализов устанавливали путем по вторного анализа 5% образцов. Полученные данные обрабатывали методами многомерной статистики по программе Statistic for Windows. Представлен ные в графическом и табличном вариантах данные выражены как общие средние величины из совокупности значений всех серий экспериментов с со ответствующими стандартными отклонениями. Достоверность различий всех исследуемых параметров между независимыми значениями каждой выборки оценивали по критерию Стьюдента при уровне значимости Р0,05.
3. Изменение экологического состояния почвы в зависимости от технологических приемов и применения удобрений 3.1 Кислотность почвы Водная кислотность по всем вариантам на первом поле севооборота третьей ротации в слое 0-20 см составила 6,36-6,45. Вглубь по почвенному профилю в слоях до 100 см рН показатель изменялся от 6,37 до 6,56.
Обменная кислотность почвы в слое 0-20 см слабокислая по 3 вари антам, причем в контроле без применения удобрений наибольший показа тель рН 5,23 (рис. 1).
При глубоком рыхлении по сравнению с контролем и другими вариан тами обменная кислотность осталась слабокислой до глубины 100 см, тогда как в почве остальных вариантов она стала кислой.
Комбинированная обработка и применение сапропеля приблизили реакцию среды в пахотном слое к близкой к нейтральной рН 5,54, но с бо лее интенсивным переходом ее в слое 60-100 см до рН 4,88.
рН 5, 5, 5, 5, 5, 5, 4, 4, 4, 0 20 40 60 80 Глубина, см Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3 Вариант Рис. 1 Обменная кислотность почвы (среднее за 2002,2003,2005 гг.) Таким образом, в почвах опыта с длительным севооборотом, примене нием удобрений и различных агротехнических мероприятий в результате длительной их обработки и умеренного применения удобрений не происхо дит подкисления почвы, а имеет место стабилизация рН примерно на одном уровне кислотности почвы – близкой к нейтральной.
3.2 Накопление подвижных форм фосфора Использование комбинированной обработки, применение минеральных удобрений, запашка соломы в севообороте обусловили увеличение содержа ния подвижных форм фосфора в пахотном слое до 39 мг/кг. При применении сапропеля в севообороте на фоне комбинированной обработки и внесения соломы в слое 0-20 см накапливалось наиболее высокое количество Р 2 О 5 ( мг/кг). Концентрация Р 2 О 5 в слоях почвы от 20 до 100 см была на уровне 27 14 мг/кг.
В варианте с отвальной обработкой и глубоким рыхлением происходи ло более интенсивное накопление подвижных форм фосфора в подпахотном слое 20-40 см (30 мг/кг), до глубины 100 см по слоям выявлено 17-21 мг/кг Р 2 О 5 (табл. 3).
Таблица Содержание подвижного фосфора в почве, мг/кг (среднее 2002,2003,2005 гг.) № Слои почвы, см Варианты 0-20 20-40 40-60 60-80 80- Отвальная обработка 23 16 11 11 (контроль) Отвальная обработка, мине ральные удобрения, запашка 39 30 17 17 соломы, глубокое рыхление Комбинированная обработка, минеральные удобрения, 39 22 13 14 запашка соломы Комбинированная обработка, 48 27 12 11 запашка соломы, сапропель НСР 05 = 6, Следовательно, в севообороте происходит накопление подвижных форм фосфора в пахотном и подпахотных слоях почвы в вариантах с внесе нием минеральных удобрений. В варианте, где применяли сапропель, основ ное количество подвижных форм фосфора находилось в слоях 0-20 и 20- см.
3.3 Концентрация минерального азота в пахотном слое и по почвенно му профилю Азот – важнейший питательный элемент для растений. Важно учиты вать запасы минерального азота в слое почвы 0-100 см, так как он при опре деленных условиях может быть доступен растениям (Никитишен, 1980).
Количество минерального азота во всех вариантах отличалось незначи тельно, за исключением варианта с глубоким рыхлением, где отмечены низ кие показатели минерального азота во всех слоях: 0-20 см – 11,15 мг/кг;
20- см – 10,6 мг/кг;
40-60 см – 9,27 мг/кг;
60-80 см – 8,65 мг/кг;
80-100 см – 7, мг/кг почвы. По-видимому, глубокое рыхление даже на фоне применения минеральных удобрений создало условия для вымывания минерального азота в более глубокие слои почвы (рис. 2).
Наибольшие показатели минерального азота по отношению к контролю и другим вариантам отмечены в варианте с внесением сапропеля во всех сло ях. В слое 0-20 см 13,38 мг/кг;
20-40 см 13,06 мг/кг;
40-60 см 11,38 мг/кг;
60 80 см 9,57 мг/кг;
80-100 см 9,47 мг/кг. При внесении минеральных удобре ний, запашке соломы и внесении сапропеля в почве накапливается большее количество органического вещества, и одновременно идут процессы обога щения почвы азотом.
мг/кг см 0 20 40 60 80 Глубина, см Вариант 1 Вариант Вариант 3 Вариант Рис.2. Содержание минерального азота в почве второй закладки севооборота, мг/кг (среднее 2002, 2003, 2005 годы) 3.4 Содержание обменного калия В почве опыта происходит уменьшение содержания К 2 О с увеличени ем глубины, при всех способах обработки включая контроль. Средние пока затели содержания обменного калия во всех вариантах незначительно отли чаются между собой и соответствуют высокой степени обеспеченности К 2 О.
Изменение степени обеспеченности К 2 О с высокой (170-250 мг/кг) в повы шенную (120-170 мг/кг) во всех вариантах происходит в слое 40-60 см, а в контроле в слое 20-40 см (табл. 4).
Следовательно, севообороты с полями многолетних трав, где прово дятся запашка соломы, комбинированная обработка почвы под сою и зерно вые, внесение азотных и фосфорных удобрений, оказывают стабилизирую щее воздействие на содержание обменного калия в луговой черноземовидной почве.
Таблица Содержание обменного калия в почве, мг/кг (среднее 2002, 2003, 2005 гг.) Слои почвы, см № Вариант 0-20 20-40 40-60 60-80 80- 1 Отвальная обработка (кон- 178 167 162 158 троль) ±3,2 ±2,8 ±2,2 ±2,2 ±2, 2 Отвальная обработка, ми неральные удобрения, за- 184 173 157 156 пашка соломы, глубокое ±3,1 ±3,4 ±2,9 ±1,8 ±2, рыхление 3 Комбинированная обра 190 174 160 154 ботка, минеральные удоб ±3,7 ±3,1 ±3,3 ±2,1 ±2, рения, запашка соломы 4 Комбинированная обра 187 177 164 153 ботка, запашка соломы, са ±4,3 ±3,3 ±3,1 ±2,2 ±1, пропель НСР 05 = 5, 3.5 Воздействие техногенеза на содержание гумуса в почве Комплекс агротехнических мероприятий по окультуриванию почв, проведенных в эти годы, способствовал повышению содержания гумуса.
Содержание гумуса во всех вариантах опыта было больше, чем в кон троле. В вариантах с комбинированной обработкой почвы, внесением мине ральных удобрений, запашкой соломы, сапропеля произошло достоверное увеличение содержания гумуса в пахотном слое почвы до 5,82 -5,97 %, что на 8-10% выше, чем в контроле. В варианте с внесением сапропеля количество гумуса увеличилось в пахотном слое 5,82%, и слое 20-40 см 4,94%. Распреде ление гумуса в слоях почвы 40-100 см практически не зависело от применен ных агротехнических факторов (табл. 5).
Таблица Содержание гумуса в почве, % (среднее 2003, 2005 гг.) Слои почвы, см Вариант 0-20 20-40 40-60 60-80 80- Отвальная обработка (контроль) 5,40 4,39 2,08 2,06 1, Отвальная обработка, минеральные удобрения, запашка соломы, глубокое 5,88 3,57 2,12 1,62 1, рыхление Комбинированная обработка, мине 5,97 3,99 2,39 1,89 0, ральные удобрения, запашка соломы Комбинированная обработка, запашка 5,82 4,94 2,83 1,22 1, соломы, сапропель НСР 05 = 0, Таким образом, после двух ротаций 8-польного севооборота приемы основной обработки почвы в опытах были практически равноценны по влия нию на содержание гумуса. Применение многолетних трав в структуре сево оборота, минеральных и органических удобрений, запашка соломы способ ствовали стабилизации и поддержанию бездефицитного баланса гумуса.
3.2.5 Содержание кальция и магния В вариантах с применением минеральных удобрений содержание об менного кальция в пахотном слое было выше, чем в контрольном варианте 15,37-15,80 и 14,77 мг-экв/100 г, соответственно.
Таблица Содержание кальция в почве, мг-экв/100 г (среднее 2002, 2003, 2005 гг.) Слои почвы, см № Вариант 0-20 20-40 40-60 60-80 80- Отвальная обработка (кон 14,77 15,33 14,57 15,10 14, троль) Отвальная обработка, мине ральные удобрения, запашка 15,80 15,37 14,93 15,50 14, соломы, глубокое рыхление Комбинированная обработка, минеральные удобрения, за- 15,37 15,50 15,13 14,77 14, пашка соломы Комбинированная обработка, 14,43 15,57 14,90 14,13 14, запашка соломы, сапропель НСР 05 = 0, Изменение содержания обменного кальция вглубь по профилю почвы во всех вариантах было незначительным. Применяемые в севообороте агро технические мероприятия не повлияли на содержание обменного кальция в почве до глубины 100 см. Количество кальция было на уровне 15,80-14, мг-экв/100 г почвы (табл. 6).
Магний входит в состав хлорофилла, участвует в углеводном обмене и передвижении фосфора в растениях, входит в состав запасного органического вещества – фитина, регулирует окислительно-восстановительные процессы в растениях (Голов, 2001).
В слое 0-20 см в вариантах с отвальной обработкой, глубоким рыхлени ем и комбинированной обработкой с запашкой соломы и внесением мине ральных удобрений наблюдалось пониженное содержание магния относи тельно контрольного варианта на 1,05 и 0,72 мг-экв/100 г, соответственно.
Это объясняется отчуждением значительного его количества с урожаем из пахотного слоя и вымыванием внутрипочвенными стоками в глубокие слои почвы (табл. 7).
Таблица Содержание магния в почве, мг-экв/100 г (среднее 2002, 2003, 2005 гг.) Слои почвы, см № Вариант 0-20 20-40 40-60 60-80 80- Отвальная обработка (контроль) 7,02 6,63 6,86 7,60 7, Отвальная обработка, минераль ные удобрения, запашка соломы, 5,97 8,50 8,84 9,00 8, глубокое рыхление Комбинированная обработка, минеральные удобрения, запаш- 6,30 7,17 8,54 8,93 9, ка соломы Комбинированная обработка, 7,63 6,47 6,90 7,60 8, запашка соломы, сапропель НСР 05 = 1, Исследование содержания обменного магния в почве на опытном поле показало увеличение его количества вглубь по профилю по всем вариантам.
В слое 0-20 см содержание Мg2+ 6,30-7,63 мг-экв/100г, в слоях почвы 80- см его концентрация составляла 7,83-9,37 мг-экв/100 г, причем в вариантах с внесением минеральных удобрений содержание обменного магния выше, чем в контроле во всех слоях от 20 до 100 см. Постоянство содержания кальция и магния в почве обеспечивает устойчивость почвы и стабильность емкости поглощения почвы.
Происходит рост суммы поглощенных катионов кальция и магния вглубь по профилю почвы в вариантах с комбинированной обработкой, за пашкой соломы, внесением минеральных удобрений от 21,67 мг-экв/100 г в слое 0-20 см до 23,67 мг-экв/100 г в слое почвы 80-100 см.
При изучении степени насыщенности почв основаниями установлено, что по всем вариантам показатель практически одинаковый от 89 до 93%, расхождения его в зависимости от глубины почвы и варианта ее обработки не превышали 2-3 %. Следует отметить, что емкость катионного обмена не зави села от применения удобрений и различных обработок почв. Во всех иссле дованных слоях почвы она была на уровне с контролем и составляла 24,03 25,03 мг-экв/100 г.
Таким образом, физико-химические свойства луговой черноземовид ной почвы на опытном поле при различных вариантах обработки характери зуются высокой степенью насыщенности поглощенных оснований, повы шенным уровнем емкости поглощенных катионов и суммы поглощенных ос нований (Ca2+ и Mg2+), что отражает высоко насыщенную кальций – магние вую структуру почв Среднего Приамурья.
3.2.6 Влияние агротехнических факторов и внесения удобрений в сево обороте с многолетними травами на целлюлозоразлагающую активность луговой черноземовидной почвы Одним из важных показателей агроэкологического состояния и уровня эффективного плодородия почвы является ее микробиологическая актив ность. Повышение микробиологической активности относительно контроля отмечали при отвальной обработке и глубоком рыхлении на 28% и при вне сении сапропеля на 24% в слое 0-10 см в 2003 г. Практически все технологи ческие приемы, применяемые в исследуемых вариантах в 2004 году оказыва ли положительное действие на микробиологическую активность почв уско ряя процессы ее разложения в почве в слое 0-20 см на 3-13% по отношению к контролю.
Таблица Влияние длительного применения удобрений на целлюлозоразлагающую способность почв 2003г 2004г 2003г 2004г № Варианты убыль целлю- % к контролю лозы, гр Экспозиция 15 дней, слой 0-10 см 12,05 34, Отвальная обработка (контроль) 100 ±4,3 ±3, Отвальная обработка, минеральные 15,4 35, удобрения, запашка соломы, глубокое 128 ±3,2 ±2, рыхление Комбинированная обработка, мине- 13,5 37, 112 ±3,9 ±2, ральные удобрения, запашка соломы Комбинированная обработка, запашка 15,0 39, 124 соломы, сапропель ±4,1 ±3, При анализе изменений целлюлозоразлагающей способности почв от мечен рост микробиологической активности в слое 0-10 см по отношению к контролю, объясняемый более благоприятными условиями для почвенной биоты создаваемые при внесении удобрений, запашке соломы и внесении са пропеля.
Оценка экологического состояния почвы подверженной много 4.
летнему антропогенезу За период 2002 – 2005 гг. проведено изучение экологического состоя ния почв среднего Приамурья, подверженных многолетнему антропогенезу в хозяйствах сел Грибское, Дроново, Садовое.
Актуальная кислотность на производственных полях в слоях от 0-20 см и до глубины 80 см имеет нейтральную реакцию среды (рН 6,16-6,61). По всем обследованным полям вглубь по почвенному профилю до 100 см отме чено повышение рН до 6,03-6,14. Водная кислотность почвы не подвержен ной антропогенной нагрузке (лесополосы) также имела нейтральный харак тер (рН 6,31-6,54) в слое 0-20 см и вглубь до 100 см наблюдалось повышение кислотности до рН 6,00-5,91.
По степени обменной кислотности почвы обследованных хозяйств от носятся к слабо кислым рН сол. пахотного слоя 5,32-5,78. На всех полях вглубь по профилю почвы до 100 см наблюдалось небольшое повышение кислотно сти до рН сол. 5,24. В почве лесополос кислотность близка к нейтральной рН сол. 5,62-5,85 в слое 0-20 см, вглубь по профилю почвы определялось по вышение кислотности до слабокислой рН сол. 4,62-5,20.
Объективная оценка состояния плодородия почв по фосфору крайне необходима для разработки оптимальной стратегии и тактики производства и применения удобрений. Почва полей с. Грибское содержит в пахотном слое 53-72 мг/кг Р 2 О 5, что почти в 2 раза превышает количество подвижного фос фора в почве лесополосы. По почвенному профилю на глубину до 100 см произошло накопление биогенного элемента до 44-58 мг/кг. В почве лесопо лосы с. Грибское небольшие количества Р 2 О 5 выявлены только до глубины 60 см 6-20 мг/кг (табл. 8).
На полях с. Садовое, Дроново поле 1 также произошло постепенное накопление подвижных форм фосфора и миграция вглубь почвенного про филя до 100 см. В то же время почвы, находящиеся под лесополосой, не под верженные техногенезу имеют низкую обеспеченность фосфором. Поле с. Дроново находится в залежи 3 года, повышения содержания подвижных форм фосфора здесь не выявлено.
Таблица Содержание подвижного фосфора в почве производственных полей, мг/кг (среднее 2002, 2003, 2005 гг.) Слои почвы, см Обследованные поля 0-20 20-40 40-60 60-80 80- Грибское поле 1 72 65 52 42 Грибское поле 2 53 52 53 52 Дроново поле 1 36 52 36 25 Дроново поле 2 18 15 11 11 Садовое поле 1 28 16 15 20 Садовое поле 2 40 32 18 21 с. Дроново (лесополоса) 30 16 8 10 с. Садовое (лесополоса) 37 16 12 8 с. Грибское (лесополоса) 33 20 6 - Следовательно, в луговой черноземовидной почве, находящейся в сель скохозяйственном использовании, за годы массового применения удобрений произошло накопление фосфатов не только в пахотном слое, но и в нижеле жащих слоях до 100 см.
По данным В.Ф. Прокопчук и Т.Е. Абросимовой (1999), в луговой чер ноземовидной почве разрезов около с. Грибского под пашней кормового се вооборота, по сравнению с почвой лесополосы, значительно увеличивается сумма минеральных фосфатов и доля рыхлосвязанных фосфатов и фосфатов алюминия в слое 0-40 см. По данным А.Ю. Кудеяровой (1995) это связано с тем, что применение фосфорных удобрений приводит не просто к общему обогащению почв фосфатами, но и к значительному увеличению доли их легкоподвижных форм.
Изучение азотного режима почв в исследуемых хозяйствах показало, что содержание минерального азота низкое. В почве полей содержание N мин.
составило в пахотном слое 11,37-16,53 мг/кг, в слоях от 40 до 100см посте пенно уменьшаясь до 3,75-6,75. В почве лесополос распределение по почвен ному профилю происходит аналогично.
В обследованных почвах производственных полей и лесополосах в слое 0-20 см выявлено очень высокое содержание обменного калия, несмотря на отсутствие внесения калийных удобрений. Это объясняется высоким ис ходным содержанием обменного калия в минералогическом составе данных почв и почвообразующих пород.
На производственных полях происходит снижение содержания К 2 О с увеличением глубины. Количество К 2 О были высокое в слое 0-20 см (184;
192;
211 мг/кг). Переход от повышенного содержания обменного калия (120 170 мг/кг) к среднему (80-120 мг/кг) происходит в слое 40-60 см (табл. 9).
Показатели содержания обменного калия в слоях почвы до 100 см на лесополосах незначительно отличалось между собой и соответствовали вы сокой степени обеспеченности (от 292 мг/кг в слое 0-20 см до 170 мг/кг в слое 80-100 см).
Таблица Содержание обменного калия в почве производственных полей в слое 0- см, мг/кг (среднее 2003, 2005 гг.) Слои почвы, см Обследованные почвы 0-20 20-40 40-60 60-80 80- Грибское поле 1 184 171 137 132 Грибское поле 2 153 133 119 123 Дроново поле 1 181 158 162 133 Дроново поле 2 121 116 109 95 Садовое поле 1 192 167 140 137 Садовое поле 2 211 144 136 125 с. Дроново (лесополоса) 294 247 206 189 с. Садовое (лесополоса) 292 219 242 173 с. Грибское (лесополоса) 278 248 215 196 Следовательно, в производственных условиях многолетнее использо вание почвы под пашню привело к уменьшению содержания обменного ка лия во всех исследованных слоях почвы. В результате длительного сельско хозяйственного использования земель без применения калийных удобрений отмечается обеднение луговых черноземовидных почв калием, что в даль нейшем может привести к дисбалансу питательных элементов и нарушению их круговорота.
Содержание гумуса в лесополосе с. Дроново составило 3,22%. Почва лесополосы села Садового содержала 8,19% гумуса. Количество гумуса в почве лесополосы с. Грибского в среднем за 2 года составило 5,02%. На по лях, подверженных постоянной антропогенной нагрузке, содержание гумуса ниже, чем в почве лесополосы, где почва находится в состоянии близком к природному. Почвы обследованных полей имеют в основном среднюю сте пень обеспеченности гумусом, но есть и такие, где этот показатель очень низкий (рис. 3).
В почве, не подверженной антропогенной нагрузке, по профилю до см содержание гумуса выше, чем в почве производственных полей. Причем отмечалось более высокое содержание гумуса в слоях до 60 см, В пахотном слое с полей с. Грибское разница с лесополосой составила 0,42% и 0,75%, с. Грибское поле % 9 8, с. Грибское поле 7 с. Дроново поле 6 с. Дроново поле 5, 4, 5 4,27 4,13 с. Садовое поле 3, с. Садовое поле 3 3, 2 1,38 с. Грибское, лесополоса 1, с. Дроново, 0 лесополоса с.Садовое, лесополоса Рис. 3. Содержание гумуса в слое 0-20 см, %, (среднее 2003, 2005 гг.) с. Дроново 1,48% и 1,67%, с. Садовое 4,06% и 4,31%, что свидетельствует об усилении минерализации органического вещества в почве, подверженной многолетнему антропогенезу.
Таким образом, луговые черноземовидные почвы испытывают сильное техногенное воздействие. В агроландшафтах произошло изменение содержа ния основных биогенных элементов, происходит потеря гумуса и как след ствие, экологические функции почвы как фактора поддержания экологиче ского равновесия в биогеоценозах ослабевают.
ВЫВОДЫ:
1. Многолетнее использование различных систем обработки почвы, внесение соломы и минеральных удобрений в длительном севообороте не воздейству ет на актуальную кислотность почвы. До глубины 100 см происходит стаби лизация уровня кислотности луговой черноземовидной почвы на уровне близком к нейтральной 5,58-5,78, тогда как вглубь по профилю почвы не подверженной антропогенной нагрузке кислотность повышается до слабо кислой рН 4,81.
2. Использование комбинированной обработки, внесение соломы и примене ние минеральных удобрений в севообороте с многолетними травами обусло вило увеличение содержания подвижных форм фосфора в пахотном слое лу говой черноземовидной почвы до 39 мг/кг. В подпахотных слоях до 100 см происходит увеличение содержания подвижных форм фосфора на 40% по сравнению с контролем.
3. Применение различных агротехнических приемов, запашка соломы, сба лансированное применение минеральных удобрений, введение в севообороты многолетних трав после двух ротаций 8-польного севооборота увеличило со держание гумуса в пахотном слое до 5,97% по сравнению с 5,40% в контро ле. Распределение гумуса по почвенному профилю до 100 см идет относи тельно равномерно.
4. Степень насыщенности почвы основаниями в длительном севообороте по всем слоям практически не зависела от применяемых обработок, внесения минеральных и органических удобрений, во всех вариантах опыта она со ставляла от 89 до 93%. Многолетий антропогенез не изменил сумму погло щенных оснований, емкость катионного обмена и степень насыщенности почв основаниями, что очень важно в поддержании стабильности почвенной экосистемы.
5. Под влиянием применения удобрений, использования различных способов обработки почвы, запашки соломы в длительном севообороте с многолетни ми травами целлюлозоразлагающая способность почвенной микрофлоры увеличивается в слое 0-10 см по отношению к контролю на 12-28%.
6. На производственных полях, подверженных многолетнему техногенезу со держание гумуса в пахотном слое и по профилю до 100 см ниже, чем в почве опытов с севооборотом и в почве лесополосы, где почва находится в состоя нии близком к природному, на 30-50%. Это свидетельствует о техногенном несбалансированном воздействии.
7. В производственных условиях в результате многолетнего применения ми неральных удобрений происходит накопление подвижных форм фосфора до глубины 100 см в количестве 25-58 мг/кг, тогда как в почве лесополосы в слоях от 40 см содержание фосфора составляет 6-13 мг/кг.
8. В почве производственных полей происходит уменьшение содержания об менного К 2 О по всем слоям почвы до 100см и составляет от 211 до 161 мг/кг.
В почве, не подверженной постоянной антропогенной нагрузке, содержание обменного калия в слоях до 100 см составляет от 294 до 173 мг/кг. За счет длительного сельскохозяйственного использования почв без применения ка лийных удобрений отмечается обеднение луговой черноземовидной почвы калием, что может привести к дисбалансу основных биогенных элементов и нарушению их круговорота.
Публикации по теме диссертации 1. Гребенюк, Г.А. Миграция биогенных элементов по почвенному про филю// Молодежь ХХI века: шаг в будущее. – Благовещенск, 2003. – С. 405 407.
2. Гребенюк, Г.А. Изменение экологических свойств почв в зависимо сти от агротехнических факторов/ Г.А.Гребенюк, С.Г. Харина, И.П. Волох// Пути воспроизводства плодородия почв и повышения урожайности с/х куль тур в Приамурье. – Благовещенск, 2003. – Вып. 9. – С. 15-21.
3. Гребенюк, Г.А. Оценка гумусного состояния луговых черноземовид ных почв находящихся в сельскохозяйственном использовании/ Г.А. Гребе нюк // Адаптивные технологии в растениеводстве Амурской области: сб.
науч. трудов. – Благовещенск, 2007. – Вып.3 – С. 90- 4. Гребенюк, Г.А. Влияние различных агротехнических приемов на микробиологическую активность луговых черноземовидных почв// Моло дежь ХХI века: шаг в будущее: материалы VIII региональной межвузовской научно-практической конференции. – Благовещенск, 2007 – Кн. 2. – С. 156 158.
5. Харина, С.Г. Оценка экологического состояния почвы, подвержен ной многолетнему антропогенезу/ С.Г. Харина, Г.А.Гребенюк // Образование, наука, практика: экологические аспекты: матер. Международной науч.-практ.
конф. посвященной 20-летию основания кафедры сельскохозяйственной эко логии. – Улан-Удэ, 2010. – С.164- 6. Гребенюк, Г.А. Воздействие многолетнего применения минеральных удобрений и способов обработки почвы на кислотность почвы среднего При амурья/ Г.А. Гребенюк// Молодые ученые – агропромышленному комплексу ДВ: сб.науч.работ. – Уссурийск, 2010. – С. 55- 7. Гребенюк, Г.А. Изменение экологического состояния луговой черно земовидной почвы в результате многолетнего применения минеральных удобрений в севообороте в условиях Приамурья Барнаул/ Г.А. Гребенюк, С.Г. Харина// Вестник Алтайского государственного аграрного университе та.- Барнаул, 2011. – С. 23- Гребенюк Галина Александровна ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЛУГОВОЙ ЧЕРНОЗЕМОВИДНОЙ ПОЧВЫ В РЕЗУЛЬТАТЕ МНОГОЛЕТНЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЕМОВ Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Лицензия ЛР 020427 от 25.04.1997 г.
Подписано к печати 28.02.2012 г. Формат 6090/16.
Уч.-изд.л. – 1,0. Усл.-п.л. – 1,5.
Тираж 100 экз. Заказ 36.
Отпечатано в отделе оперативной полиграфии издательства ДальГАУ 675005, г. Благовещенск, ул. Политехническая,