Оценка сельскохозяйственных культур, рассматриваемых в качестве сидератов, и их влияние на элементы плодородия черноземов выщелоченных в условиях умеренно-засушливой и колочной степи алтайского приобь
На правах рукописи
ДЁМИНА Ирина Владимировна ОЦЕНКА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР, РАССМАТРИВАЕМЫХ В КАЧЕСТВЕ СИДЕРАТОВ, И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ЭЛЕМЕНТЫ ПЛОДОРОДИЯ ЧЕРНОЗЕМОВ ВЫЩЕЛОЧЕННЫХ В УСЛОВИЯХ УМЕРЕННО-ЗАСУШЛИВОЙ И КОЛОЧНОЙ СТЕПИ АЛТАЙСКОГО ПРИОБЬЯ Специальность 06.01.04 – агрохимия
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук
Барнаул 2009 1
Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет».
Научный руководитель – доктор сельскохозяйственных наук, профессор Морковкин Геннадий Геннадьевич
Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Спицына Светлана Федоровна кандидат химических наук, доцент Ананьева Юлия Станиславовна Ведущая организация – Алтайский научно-исследовательский институт сельского хозяйства
Защита диссертации состоится 29 апреля 2009 года 13:00 часов на засе дании диссертационного совета Д.220.002.01 в ФГОУ ВПО «Алтайский го сударственный аграрный университет» (656049, г. Барнаул, пр. Красноар мейский, 98).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Алтай ский государственный аграрный университет».
Автореферат разослан «_» 2009 года.
Ученый секретарь диссертационного совета, доктор сельскохозяйственных наук, доцент Е.Г. Пивоварова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Повышение плодородия почвы – важнейшая за дача агрохимической науки. Длительное использование почвенной системы без комплекса мероприятий по поддержанию потенциального и эффективного пло дородия вызывает снижение ценных свойств почвы (Агрохимические свойст ва…, 1982).
Такие антропогенные нагрузки, как механическое воздействие, применение средств химизации и распашка почв ведут к количественным и качественным ее изменениям. При нарушении баланса усвояемых питательных веществ в почве в результате потерь или вследствие выноса урожаем его необходимо восстано вить путем внесения удобрений.
Один из перспективных, экологически безопасных и экономических выгод ных путей решения этой задачи лежит в использовании биологических факто ров в сохранении почвенного плодородия, который позволяет получать высокие урожаи с помощью биологического азота, внедрения правильных севооборотов и применения органических удобрений, в том числе и с более широким исполь зованием зеленых удобрений (сидератов) (Довбан, 1990).
Сидеральные культуры обогащают почву органическим веществом, повы шают плодородие почвы за счет улучшения минерального питания, предотвра щают вымывание питательных элементов в нижние горизонты и замедляют ми нерализацию гумуса (Максютов, Кремер, 1997).
Несмотря на значительные успехи, достигнутые в исследованиях по рас сматриваемой проблеме, практическое использование биологического азота в растениеводстве остается пока на низком уровне. Это связано в большой мере с недостаточной изученностью многих биологических и агрохимических процес сов при использовании сидератов.
Цель исследований: оценить возможность использования однолетних сель скохозяйственных культур в качестве сидеральных удобрений и их влияние на изменение основных показателей плодородия черноземов выщелоченных в ус ловиях умеренно засушливой и колочной степи Алтайского Приобья.
Задачи исследований:
– определить интенсивность минерализации биомассы культур, используе мых в качестве сидеральных удобрений;
– оценить влияние сидератов на структурно-агрегатный состав почвы;
– изучить влияниесидератов на содержание общего органического вещест ва и гумуса в почве;
– установить особенности накопления подвижных элементов питания в почве при заделке сидератов;
– оценить энергетическую эффективность выращивания сидеральных куль тур;
– дать сравнительную оценку однолетним культурам, используемым в ка честве сидератов.
Научная новизна. Впервые в условиях умеренно засушливой и колочной степи Алтайского Приобья изучено сравнительное влияние однолетних сель скохозяйственных культур (овес, горохо-овсяная смесь, гречиха) в качестве си дератов на основные показатели плодородия почвы.
Установлено, что под их воздействием улучшается структура почвы, повы шается содержание общего органического вещества и гумуса, нормализуется пищевой режим.
Положения, выносимые на защиту:
– применение однолетних культур в качестве сидератов способствует улуч шению пищевого режима почвы, накоплению общего органического вещества и гумуса, улучшению структурно-агрегатного состава;
– установлена возможность эффективного использования в качестве сиде ральных культур горохо-овсяной смеси и гречихи.
Практическая значимость. В условиях умеренно засушливой и колочной степи Алтайского края использование сидератов в качестве удобрений позволя ет улучшить структурное и гумусное состояние, пищевой режим почв, уже в год действия и, тем самым, начать восстановление почвенного плодородия. Резуль таты исследований могут быть использованы в хозяйствах с внедрением в сево обороты сидератов без существенного изменения технологий возделывания ос новных сельскохозяйственных культур.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы были доложены на научно-практической конференции «Молодежь – Барнаулу» (Барнаул 2005);
Международной научно-практической конференции молодых ученых «Совре менные тенденции развития аграрной науки в России» (Новосибирск, 2006);
Международной научно-практической конференции «Аграрная наука – сель скому хозяйству» (Барнаул, 2007, 2008, 2009), на XV Международной конфе ренции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов 2008» (Москва, 2008);
на VI Межрегиональной конференции молодых ученых и специалистов аграрных вузов Сибирского федерального округа «Научное и ин новационное обеспечение АПК Сибири» (Барнаул, 2008).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, в том числе 2 работы в журналах, включенных в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий ВАК РФ, получен 1 патент РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, библиографического списка. Содержание работы изложено на страницах компьютерного текста, включает в себя таблиц, рисунков.
Библиографический список содержит _ источников, в том числе зару бежных.
Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю – док тору с.-х. наук, профессору Г.Г. Морковкину, научным сотрудникам кафедры агрохимии и почвоведения Алтайского государственного аграрного универси тета за оказанную помощь в проведении исследований.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. Современное состояние изученности вопроса применения сидератов Почва является основным компонентом агроэкосистемы, поэтому возмож ные негативные последствия интенсификации земледелия отражаются, прежде всего, на ней (Яговенко, 2003).
Одним из способов улучшения плодородия почвы и повышения урожайно сти сельскохозяйственных культур может стать применение зелёных удобрений (сидератов) (Демарчук, 1992;
Кормилицын, 1995;
Раков, 2000;
Абасов, 2004;
Целовальников, 2006).
Сидераты оказывают на почву комплексное воздействие: происходит накоп ление питательных веществ (Кант, 1982;
Федоров, 1995;
Тихомирова, 1998;
Па насова, 2001;
Колсанов, 2004;
и др.), гумуса (Иванов, 1988;
Канивец, 1989;
Цветков, 1993;
Кружков, 2001;
Чуб, 2002), в значительной степени улучшаются физические свойства почвы (Воробьев, 1982;
Благовещенская, 1987;
Довбан, 1990;
Цыбулька, 2005;
Humer, 1999), что в итоге положительно сказывается на продуктивности севооборота и качестве получаемой продукции (Алексеев, 1996;
Лебедева, 1998;
Калинин, 2000;
Говоров, 2005).
Однако большинство работ посвящено изучению культур, традиционно ис пользуемых в качестве сидератов (донник, люпин). Для интенсификации биоло гического круговорота нами были изучены однолетние культуры в качестве си дератов, исследований по которым, в частности для условий Алтайского края в данном аспекте недостаточно.
2. Условия и методика проведения исследований Исследования проводили в 2005-2008 гг. на опытном поле кафедры почвове дения и агрохимии Алтайского государственного аграрного университета.
Почвы опытного участка представлены черноземами выщелоченными среднемощными слабогумусированными среднесуглинистыми. Мощность гу мусового горизонта 54 см, содержание гумуса в Апах – 3,63%, рН – 6,4, содер жание N-NO3 – 6,8 мг/кг, N-NO4 – 10,86 мг/кг, Р2О5 – 7,5 мг/ 100 г почвы, К2О – 21,9 мг/100 г почвы.
Погодные условия. Все годы исследований характеризовались недостаточ ным увлажнением по сравнению со среднемноголетними данными. Сумма осадков, выпавших за вегетационный период, колебалась от 178,0 мм (2007 г.) до 193-198,2 мм (2005, 2006 гг.) при среднемноголетней норме 205 мм. Суммы активных температур (100С) за период 2006-2008 г. были выше среднемного летних. Гидротермический коэффициент по классификации Г.Т. Селянинова за весь вегетационный период колебался в пределах 0,86-0,99. В целом вегетаци онные периоды можно охарактеризовать как теплые и слабо увлажненные.
Методика проведения опыта. В звене зернопропашного севооборота (си дерат – пшеница – пшеница) изучали влияние сидеральных удобрений на пло дородие черноземов выщелоченных. В качестве сидератов изучали овес, горо хо-овсяную смесь, гречиху.
Норма высева овса составила 200 кг/га, горохо-овсяной смеси – 200 кг/га (150 кг/га овес, 50 кг/га горох), гречихи – 35 кг/га.
Посев культур, используемых в качестве сидератов, проводили на глубину 3-4 см сеялкой СЗТ-3,6;
прикатывание – катком ККШ.
Измельчение и заделку овса и гречихи проводили в фазу цветения, горохо овсяной смеси – образования бобов. Измельчение проводили дисковой бороной БДТ-3 агрегатируемой МТЗ-82 в 2 прохода, запашку – трехкорпусным навес ным плугом ПЛН-3-35 агрегатируемым МТЗ-82 на глубину 20 см.
Кроме этого был заложен полевой опыт по определению динамики разло жения зеленой массы сидератов.
Анализы свойств почв проводили в лабораторных условиях согласно обще принятым методам (Аринушкина, 1961).
1. Подвижные элементы питания: нитратный азот – методом Грандваль Ляжа с дисульфофеноловой кислотой, аммонийный азот – с реактивом Нессле ра, подвижный фосфор и обменный калий – по Ф.В. Чирикову из одной почвен ной вытяжки.
2. Содержание гумуса в почве определяли по методу И.В. Тюрина в моди фикации Б.А. Никитина в слоях 0-20 и 20-40 см.
3. Содержание агрономически ценной структуры и водопрочных агрегатов – по методу Н.И. Саввинова. Пробы почв отбирали с каждого варианта исследо вания в пятикратной повторности с горизонта 0-20 см.
4. Динамика разложения зеленой массы сидератов – по методике Т.А. Сте ниной (1964) и J. Smith, С. Douglas (1971). Образцы извлекались весной и осе нью каждого года исследования.
5. Накопление зеленой массы сидератов и сухого вещества определяли пе ред запашкой на учетных площадках квадратной рамкой размером 1 м2 путем взвешивания растений в десятикратной последовательности.
6. Статистическую обработку данных проводили дисперсионным анализом (Доспехов, 1995).
7. Энергетическая эффективность выращивания сидеральных культур оце нивалась по методике энергетического анализа технологических процессов в сельскохозяйственном производстве (ГОСТ Р 51750-2001).
3. Влияние сидератов на структуру почв и основные показатели почвенного плодородия 3.1. Динамика минерализации органических остатков сидеральных культур При минерализации свежего растительного материала (сидеральной культу ры) происходит высвобождение содержащихся в них элементов питания.
Динамика минерализации органических остатков растений представлена в таблице 1.
Таблица Динамика минерализации органических остатков растений, % Сорные Горохо-овсяная Периоды Горох Пшеница Гречиха травы* смесь 6 месяцев 43,4 21,1 17,6 34,5 30, 11 месяцев 67,6 53,6 47,5 59,7 57, 18 месяцев 73,3 59,5 53,4 64,2 63, 23 месяца 79,8 66,7 68,7 72,4 73, 30 месяцев 80,6 68,8 73,6 74,8 76, * Осот полевой, щирица запрокинутая, ежовник обыкновенный.
Свежая биомасса гороха, характеризующаяся высоким содержанием азота и белковых веществ, узким соотношением С:N = 15-18, сразу после запашки вы зывала бурный микробиологический процесс, в результате чего за первые 6 ме сяцев разложилось 43,4% остатков. Гречиха по соотношению С:N близка к го роху (С:N = 16-20), степень ее разложения за полугодовой период была на 25,8% меньше, чем у гороха.
Растительные остатки зерновых культур (в нашем случае пшеницы) бедны азотом, фосфором. Возврат этих элементов в почву с растительными остатками весьма незначителен. Кроме того, содержание клетчатки в стерне пшеницы со ставляет 48-50%, лигнина – 25-30%. Поэтому минерализация органических ос татков злаковой культуры и смеси однолетних трав протекала более медленно, так как эти остатки бедны азотом и обогащены углеродом (С:N = 81). При раз рушении таких остатков микроорганизмы испытывают недостаток в легкоус вояемом азоте, что приводит к снижению содержания нитратного азота и био логической активности почвы.
За первые 6 месяцев выявилась существенная разница в степени минерали зации. Остатки гороха разложились на 43,4%, гречихи – 34,5%, горохо-овсяной смеси – 30,2%, пшеницы – 21,1%, смеси сорных трав – 17,6% от исходного со держания. В летний период исследований 2006 г. максимальная минерализация отмечалась для пшеницы (32,5%).
За 11 полных месяцев наблюдений биомасса всех культур, за исключением смеси сорных трав, минерализовалась более чем на 50%. В среднем за месяц разложение биомассы гороха составило 6,1%, гречихи – 5,4%, горохо-овсяной смеси – 5,2%, пшеницы – 4,9%, смеси сорных трав – 4,3%.
В дальнейшем темп разложения органических остатков снизился. Возможно, это объясняется тем, что микроорганизмы за первый год уже использовали большую часть легкоусвояемых соединений и стали разлагать более устойчи вые жиры, воски и др.
За 1,5 года наблюдений наибольшее сокращение органической массы в ре зультате минерализации наблюдалось у гороха, наименьшее – у смеси сорных трав.
Таким образом, по интенсивности минерализации за первые 18 месяцев на блюдений культуры можно расположить в следующий возрастающий ряд: сор ные травы – пшеница – горохо-овсяная смесь – гречиха – горох.
К концу периода наблюдений (за 30 месяцев) максимально разложилась биомасса бобовой культуры (80,6%), менее всего – злаковой (68,8%). Остатки гречихи, горохо-овсяной смеси и смеси сорных трав разложились примерно одинаково (в среднем на 75%).
Скорость минерализации биомасс изучаемых культур имеет существенные различия особенно в первый год экспозиции. Так, скорость разложения бобовой культуры в первый год экспозиции на 42 % выше скорости минерализации сор ных трав (рис. 1). Влияние химического состава культур на скорость разложе ния биомасс наиболее заметна в первые 2 года проведения исследований.
% В первый год экспозиции Во второй год экспозиции В третий год экспозиции Горох Пшеница Сорные травы Гречиха Горохо-овсяная смесь Рис. 1. Скорость минерализации биомассы растений в среднем за месяц, % Исследование динамики минерализации органических остатков растений показало, что в большей степени метаболизм их обусловливается гидротерми ческими условиями и биохимическим составом культур.
3.2. Влияние сидератов на изменение структурно-агрегатного состояния почвы Результаты наших исследований показали, что внесение зеленых удобрений оказывает благоприятное действие на структурно-агрегатный состав почвы.
Исходное содержание агрономически ценных агрегатов (10-0,25 мм) в почве составляет 60-61%, среди них преобладают фракции 2-1 мм (12-15%). Анализ данных, полученных на полях сидеральных культур, таких как горохо-овсяная смесь и гречиха, показал, что уже в период вегетации этих культур, по сравнению с контролем, в некоторой степени улучшается структурно-агрегатный состав поч вы. Сумма наиболее ценных водопрочных агрегатов размером 0,25 мм на вари антах по овсу, горохо-овсяной смеси и гречихе к концу вегетационного периода 2005 г. по сравнению с контролем была выше на 4,8, 11,4 и 17,8% соответствен но.
Данные сухого анализа (сухое просеивание), проведенного в октябре 2006 г.
(через год после запашки), свидетельствуют о среднем содержании агрономиче ски ценных агрегатов размером от 10 до 0,25 мм, количество которых колеблется в пределах 59-63% (рис. 2). Малоценные в агрономическом отношении структур ные отдельности представлены фракциями 10 мм (24-26%) и 0,25 мм (11-16%). Содержание агрегатов размером 10-0,25 мм на всех вариантах ис пользования сидератов к осени 2006 г. превышает их содержание на контроле, и это превышение составляет в среднем 3% по овсу, 7% по горохо-овсяной сме си и 5% по гречихе.
Определение агрономически ценных структур, проведенное в октябре 2007 г., показало, что почва под монокультурой уплотнялась – более 30% от всей массы составляли крупные комки. Содержание частиц размером 10-0,25 мм на вариан тах запашки овса и гречихи не изменилось (61 и 65% соответственно), а на ва рианте с горохо-овсяной смесью снизилось с 63 до 61%.
Результаты опытов, проведенных в августе 2008 г., показали, что на вариан тах применения гречихи и овса произошло снижение содержания агрономиче ски ценных частиц, а на варианте горохо-овсяной смеси – увеличение с 61 до 62%. Минимальное содержание структурных агрегатов (10-0,25 мм) наблюда лось на варианте выращивания пшеницы бессменно (57%).
Кроме того, оценку оструктуривания почвы под воздействием сидератов проводили по изменению коэффициента структурности (К). К осени 2006 г. на всех вариантах использования сидератов коэффициент структурности увели чился. Так, на полях по овсу и гречихе он составил 1,6, на поле по горохо овсяной смеси – 1,7, в то время как на варианте выращивания пшеницы бес сменно он составил 1,4. Произошедшее увеличение коэффициента структурно сти свидетельствует о том, что содержание агрономически ценных структур диаметром 10-0,25 мм повышается, а микро- и глыбистых агрегатов ( 0,25 мм и 10 мм) уменьшается (табл. 2).
В годы последействия коэффициент структурности на удобренных вариан тах не опускался ниже исходных значений. Осенью 2007 г. наибольший К был отмечен на варианте применения гречихи (1,7). Несколько меньшим коэффици ент структурности был на варианте запашки горохо-овсяной смеси (1,5).
Осенью 2008 г. максимальный коэффициент структурности наблюдался на вариантах использования гречихи (1,5), минимальный – овса (1,3).
Рис. 2. Содержание структурных агрегатов в почве по годам наблюдений и вариантам внесения сидератов:
а – пшеница (бессменно);
б – овес (сидерат);
в – горохо-овсяная смесь (сидерат);
в – гречиха (сидерат) Таблица Изменение коэффициента структурности (числитель) и критерия водопрочности (знаменатель) по вариантам применения сидератов Периоды наблюдений первый год второй год год действия последействия последействия сидератов сидератов сидератов Вариант осень осень осень осень весна весна весна лето лето лето 1,4 1,3 1,4 1,4 1,2 1,3 1,3 1,3 1,3 1, Пшеница (бессменно) 57 67 68 60 60 62 61 59 59 1,3 1,5 1,6 1,6 1,4 1,4 1,3 1,5 1,3 1, Овес 61 68 66 60 61 61 60 60 64 Горохо- 1,4 1,6 1,6 1,7 1,5 1,5 1,5 1,7 1,6 1, овсяная 60 69 70 68 68 68 67 67 70 смесь 1,6 1,6 1,6 1,6 1,7 1,6 1,7 1,6 1,6 1, Гречиха 62 75 69 73 70 67 68 73 71 Данные агрегатного анализа (мокрое просеивание), проведенного сразу по сле запашки сидератов, свидетельствуют об увеличении содержания агрономи чески ценных водопрочных агрегатов с уменьшением их размера. Так, содержа ние фракций размером 7-5 мм составляет 1,7-2,1%, 5-3 мм – 1,8-2,0%, 3-2 мм – 1,3-2,9%, 2-1 мм – 5,3-8,1%, 1-0,5 мм – 8,8-11,6%, 0,5-0,25 мм – 17,4-20,1%.
Через год после запашки сидератов были выявлены существенные различия в содержании агрономически ценных водопрочных агрегатов. К осени 2006 г.
сумма агрегатов 0,25 мм в почве удобренных вариантов повысилась: по овсу – на 7,1%, горохо-овсяной смеси – на 16%, гречихе – на 20,2% в сравнении с ис ходным содержанием.
Такая тенденция сохранилась и в годы последействия удобрений. Во все пе риоды наблюдений 2007-2008 гг. максимальное содержание водопрочных агре гатов размером 0,25 мм обеспечила заделка в почву гречихи как сидеральной культуры.
В целом по всему периоду исследований можно сделать вывод, что культу ры, которые больше всего способствуют образованию агрономически ценных водопрочных агрегатов, можно расположить в следующем порядке: гречиха – горохо-овсяная смесь – овес.
Увеличение критерия водопрочности (А) отмечалось на всех вариантах опы та уже через 8 месяцев после запашки: на поле по овсу критерий возрос на 11,4%, горохо-овсяной смеси – на 15%, гречихе – на 25% по сравнению с на чальным периодом наблюдений (табл. 2).
В течение вегетационного периода первого года действия зеленых удобре ний критерий водопрочности увеличивался, но осенью отмечалось минималь ное значение критерия. В течение 2007 г. и первой половины вегетационного периода 2008 г. показатель А продолжал снижаться и лишь в 2008 году намети лось некоторое увеличение критерия водопрочности.
По данным А.Г. Бондарева (1986), для черноземов оптимальное структурное состояние для черноземов складывается при содержании 60-80% агрономически ценных агрегатов размером от 0,25 до 10 мм и 40-75% водопрочных агрегатов 0,25 мм.
При использовании горохо-овсяной смеси и гречихи в качестве сидератов значения содержания агрономически ценных агрегатов размером 0,25 мм и водопрочных агрегатов размером 0,25 мм к осени 2008 г. в среднем составили, соответственно, 62,0% и 43,1%. Таким образом, можно сделать вывод, что структурно-агрегатное состояние изучаемых черноземов приближается к опти мальным показателям.
3.3. Динамика общего органического вещества и гумуса Исходное содержание гумуса в почве (осень 2005 г.) по полям исследований колебалось в пределах 3,56-3,82% в слое 0-20 см и 3,43-3,47% в слое 20-40 см, что характеризует почву как слабогумусированную.
Наибольшее увеличение содержания гумуса по всем вариантам применения сидератов было отмечено следующей весной после их запашки (рис. 3). К этому периоду содержание гумуса на вариантах использования сидератов увеличилось на 2,5-13,7% в слое 0-20 см и на 9,8-11,0% в слое 20-40 см. Увеличилось и со держание общего органического вещества на 3-19,3% и 4,9-9,4% в слоях 0-20 и 20-40 см, соответственно. На варианте возделывания пшеницы (бессменно) произошло снижение содержания как гумуса (на 7,3% в слое 0-20 см и 3,3% в слое 20-40 см), так и общего органического вещества (на 12,4% и 2,49% в слоях 0-20 и 20-40 см соответственно).
С весны до осени 2006 г. на удобренных вариантах наблюдались недосто верные изменения содержания общего органического вещества, содержание гумуса достоверно увеличивалось. Это увеличение было отмечено и в год по следействия.
Осенью 2006 г. количество гумуса (через год после запашки сидератов) в па хотном слое достоверно увеличилось на всех вариантах применения сидератов:
горохо-овсяной смеси и гречихи – на 9,5%, овса – 7,8% (табл. 3). В подпахотном слое достоверных изменений в содержании гумуса по всем вариантам исследо вания не наблюдалось. В этот год максимальное накопление гумуса наблюда лось на вариантах использования горохо-овсяной смеси и гречихи.
Таблица Содержание общего органического вещества и гумуса в почве по периодам исследований Общее органическое Гумус, % вещество, % Годы Х Х 020 Х Х Пшеница (бессменно) 2005 4,48 4,29 3,82 3, 2006 4,03 3,62 3,72 3, 2007 4,03 3,72 3,77 3, 2008 4,02 3,61 3,69 3, НСР05 0,24 0,28 0,25 0, Овес (сидерат) Исходное состояние, 2005 3,98 3,87 3,56 3, Год действия сидератов 4,15 3,72 3,84 3, Первый год последействия 4,03 3,84 3,79 3, сидератов Второй год последействия 4,06 3,83 3,77 3, сидератов НСР05 0,20 0,18 0,20 0, Горохо-овсяная смесь (сидерат) Исходное состояние, 2005 4,03 3,84 3,57 3, Год действия сидератов 4,43 3,99 3,91 3, Первый год последействия 4,19 3,98 3,93 3, сидератов Второй год последействия 4,16 3,96 3,84 3, сидератов НСР05 0,20 0,16 0,18 0, Гречиха (сидерат) Исходное состояние, 2005 4,03 3,84 3,57 3, Год действия сидератов 4,28 3,86 3,91 3, Первый год последействия 4,19 3,91 3,93 3, сидератов Второй год последействия 4,06 3,85 3,84 3, сидератов НСР05 0,20 0,20 0,16 0, В первый год последействия наблюдались незначительные изменения со держания общего органического вещества и гумуса на исследуемых вариантах.
На участке использования горохо-овсяной смеси (по сравнению с другими пе риодами) было отмечено наибольшее количество гумуса как в пахотном (3,93%), так и в подпахотном (3,72%) слоях.
Рис. 3. Изменение содержания общего органического вещества (а – в слое 0-20 см;
б – в слое 20-40 см) и гумуса (в – в слое 0-20 см;
г – в слое 20- 40 см) в почве по вариантам исследований:
Весной второго года последействия достоверных изменений в содержании общего органического вещества в обоих слоях исследований на вариантах за пашки сидератов и возделывания пшеницы бессменно не установлено.
Весной и летом 2008 г. на всех участках применения сидератов в слое 0-20 см происходило несущественное снижение содержания гумуса. Но в сравнении с исходным содержанием отмечено достоверное увеличение гумуса на всех вари антах использования сидератов и по всем слоям исследований.
К осени наметилось некоторое увеличение как общего органического веще ства, так и гумуса по всем вариантам изучения сидератов и на участке возделы вания пшеницы.
За весь период исследований ни на одном из изучаемых вариантов примене ния сидератов не было зафиксировано содержание гумуса ниже исходного уровня.
На варианте возделывания пшеницы по пшенице в течение всего периода наблюдений отмечена тенденция к снижению содержания гумуса в почве за счет минерализации.
3.4. Влияние сидератов на изменение содержания подвижных элементов питания 3.4.1. Динамика аммонийного и нитратного азота Содержание обменного аммония дает возможность оценить обеспеченность почвы азотом и играет существенную роль в питании растений.
Изучение динамики аммонийного азота показало, что процесс аммонифика ции противоположен процессу нитрификации: с уменьшением в почве нитрат ного азота происходит увеличение аммонийного и наоборот.
Исходная обеспеченность почвы N-NO4 варьирует от низкой (в подпахотном слое) до средней (в пахотном слое) степени.
Для сравнительного изучения содержания подвижных элементов питания в таблицах 4-6 приведены данные, определенные в осенний период каждого года.
К осени 2006 г. (год действия) содержание аммонийного азота увеличилось (табл. 4) по сравнению с исходным на 35,2-55,8% и 63,1-82,3% в пахотном и подпахотном слоях соотвтетственно.
В первый год последействия с весны до середины лета происходило накоп ление, к осени наметилось некоторое снижение аммонийного азота в почве. Но, несмотря на снижение, наличие рассматриваемой формы подвижного азота осенью 2007 г. было в 1,5-2 раза выше, чем осенью 2006 г.
Во второй год последействия не было отмечено резких снижений или увели чений в содержании аммонийного азота в почве по всем вариантам исследова ний. Осенью 2008 г. максимум N-NO4 был зафиксирован в слое 0-20 см на вари анте запашки горохо-овсяной смеси (25,11 мг/кг), в слое 20-40 см – гречихи (23,47 мг/кг).
Содержание аммонийного азота в почве изменялось и по профилю почвы. На всех рассматриваемых вариантах оно было наибольшим в слое 0-20 см, подпа хотный слой уступал пахотному.
Перед закладкой опыта почвы исследуемых вариантов характеризовались очень низкой обеспеченностью нитратным азотом – менее 10 мг/кг почвы.
Таблица Содержание аммонийного азота по вариантам опыта, мг/кг почвы N-NH последействия последействия ± к исходному ± к исходному ± к исходному год действия содержанию содержанию содержанию содержание первый год второй год сидератов сидератов сидератов исходное Культура- Слой, сидерат см 0-20 10,92 15,48 + 4,56 24,54 + 13,62 23,41 + 12, 1. Овёс 20-40 8,47 15,85 + 7,38 17,93 + 9,46 19,12 + 10, 2. Горо- 0-20 11,52 15,57 + 4,05 31,68 + 20,16 25,11 + 13, хо-овся 20-40 10,01 16,33 + 6,32 24,56 + 7,45 23,14 + 13, ная смесь 0-20 10,76 16,77 + 6,01 30,12 + 19,36 24,10 + 13, 3. Гречи ха 20-40 8,95 16,32 + 7,37 27,82 + 18,87 23,47 + 14, 0-20 2,17 1,41 3,16 1, НСР 20-40 1,74 1,22 2,56 1, Таблица Содержание нитратного азота по вариантам опыта, мг/кг почвы N-NО последействия последействия ± к исходному ± к исходному ± к исходному год действия содержанию содержанию содержанию содержание первый год второй год сидератов сидератов сидератов исходное Культура- Слой, сидерат см 0-20 7,24 7,91 + 0,67 9,64 + 2,40 6,69 - 0, 1. Овёс 20-40 6,70 4,46 - 2,24 4,86 - 1,84 4,26 - 2, 2. Горо- 0-20 7,14 8,02 + 0,88 9,83 + 2,69 6,64 - 0, хо-овся 20-40 5,42 5,09 - 0,33 5,90 + 0,48 5,12 - 0, ная смесь 0-20 7,00 7,87 + 0,87 9,40 + 2,40 6,87 - 0, 3. Гречи ха 20-40 6,02 4,78 - 1,24 5,99 - 0,03 6,13 + 0, 0-20 1,11 0,94 1,46 1, НСР 20-40 1,37 0,57 0,95 1, В год действия сидератов максимальное содержание N-NO3 было зафиксиро вано во второй половине лета на варианте запашки горохо-овсяной смеси (14, и 11,25 мг/кг почвы в слоях 0-20 и 20-40 см соответственно). Накопление нитра тов по другим вариантам (овес, гречиха) было менее интенсивным.
Осенью 2006 г. (табл. 5) содержание нитратного азота (по сравнению с осе нью 2005 г.) в пахотном слое на варианте запашки овса увеличилось на 18,7%, горохо-овсяной смеси – на 11,0%, гречихи – на 11,1%. В подпахотном слое от мечалось снижение N-NO3 по всем вариантам исследований.
С весны 2007 г. наблюдалось постепенное увеличение нитратного азота.
Этому способствовали погодные условия: повышенный температурный режим и достаточное увлажнение. Пик нитратонакопления на всех участках исследо ваний в первый год последействия наблюдался осенью;
максимальные значения N-NO3 в пахотном слое зафиксированы на варианте использования горохо овсяной смеси – 9,83 мг/кг почвы.
Динамика нитратного азота в почве в 2008 г. имела схожий характер с дина микой 2006 г. К концу третьего года наблюдений на всех вариантах было отме чено снижение содержания N-NO3.
Обеспеченность почвы нитратным азотом по годам исследований можно охарактеризовать как очень низкую. Лишь в вегетационный период года дейст вия сидератов содержание N-NO3 достигало значений 11-14 мг/кг почвы, что характерно для низкой обеспеченности.
Суммарная величина нитратного и аммонийного азота служит надежным показателем обеспеченности почвы азотом. Сумма нитратов и аммония дает более полное представление о количестве подвижного минерального азота и может использоваться для агрохимической оценки почв.
Таким образом, можно сделать вывод, что запашка сидератов способствовала увеличению содержания нитратного азота в пахотном слое в год действия и пер вый год последействия и аммонийного азота слоях 0-20 и 20-40 см в течение все го периода исследований.
3.4.2. Изменение содержания подвижного фосфора Исходное содержание подвижного фосфора (осень 2005 г.) в почве составля ло 7,9 и 8,4 мг/100 г в слоях 0-20 и 20-40 см соответственно (табл. 6), что можно классифицировать как среднее.
Максимальное содержание подвижного фосфора в год действия сидератов наблюдалось на варианте запашки горохо-овсяной смеси, к осени оно составило 9,98 мг/100 г почвы в пахотном слое и 11,26 мг/100 г почвы в подпахотном. В первый год разложение биомассы сидеральных культур способствовало накоплению Р2О5 и переходу почвы к IV классу, который характеризуется повышенной обеспеченностью подвижным фосфором.
Начало вегетационного периода 2007 года обозначилось резким увеличени ем количества подвижного фосфора. Достаточная увлажненность и повышен ный температурный режим существенно повлияли на накопление Р2О5. На ва рианте запашки овса содержание подвижного фосфора к весне 2007 г. увеличи лось на 72,6 и 50,7%, горохо-овсяной смеси – на 67,6 и 53,8%, гречихи – на 46, и 22,6% в слоях 0-20 и 20-40 см соответственно по сравнению с весной 2006 г.
Таблица Содержание подвижного фосфора по вариантам опыта, мг/100 г почвы Р2О последействия последействия ± к исходному ± к исходному ± к исходному год действия содержанию содержанию содержанию содержание первый год второй год сидератов сидератов сидератов исходное Культура- Слой, сидерат см 0-20 7,09 7,42 + 0,33 12,56 + 5,47 13,01 + 5, 1. Овёс 20-40 8,08 9,22 + 1,14 10,97 + 2,89 13,24 + 5, 2. Горо- 0-20 8,76 9,98 + 1,22 12,58 + 3,82 14,26 + 5, хо-овся 20-40 9,39 11,26 + 1,87 14,32 + 4,93 13,57 + 4, ная смесь 0-20 8,15 9,88 + 1,73 15,63 + 7,48 14,10 + 5, 3. Гречи ха 20-40 7,46 10,86 + 3,40 14,73 + 7,27 13,69 + 6, 0-20 0,75 1,00 1,29 1, НСР 20-40 0,57 2,25 1,64 1, Середина вегетационного периода обозначилась снижением количества подвижных фосфатов в почве. К осени их содержание несколько увеличилось, максимальные значения отмечались на варианте запашки гречихи (15,63 и 14,73 мг/100 г почвы в слоях 0-20 и 20-40 см соответственно).
В течение всего вегетационного периода второго года последействия наи большее содержание Р2О5 зафиксировано на варианте применения гречихи. На личие подвижного фосфора в почве на данном варианте превышало исходное состояние на 73,0% в пахотном слое и 83,5% в подпахотном.
К концу периода вегетации количество подвижного фосфора постепенно уменьшалось и к осени стало минимальным. Достоверного различия между по казаниями по всем вариантам в этот период не установлено.
3.4.3. Изменение содержания обменного калия На всех вариантах внесения сидератов содержание обменного калия в тече ние вегетационного периода 2006 г. колебалось в пределах 15,04-18,18 мг/100 г почвы в пахотном слое и 13,88-15,52 мг/100 г почвы – в подпахотном, что соот ветствует градации высокой обеспеченности почвы К2О (12-18 мг/100 г). Ми нимум на всех вариантах был зафиксирован весной.
В этот период содержание обменного калия на варианте запашки горохо овсяной смеси превышало содержание К2О на варианте по гречихе на 3,7 и 3,2%, по овсу – на 9,2 и 3,6%, в сравнении с исходным состоянием в слоях 0- и 20-40 см соответственно.
Из всех рассматриваемых вариантов наибольшему накоплению обменного калия в почве способствовала запашка горохо-овсяной смеси. К осени количе ство К2О в почве на этом участке составило 21,38 мг/100 г в слоях 0-20 см и 20,49 мг/100 г почвы в слое 20-40 см.
Весной первого года последействия содержание обменного калия в почве на всех вариантах исследования, в том числе и на контроле, увеличилось в 1,5-2 раза по сравнению с весенним периодом 2006 года. Вероятно, это связано с доста точным увлажнением и относительно высокой температурой в I и II декадах мая. Максимальное содержание К2О было отмечено уже на запашке гречихи.
Потеря ведущей позиции в наличии обменного калия на варианте горохо овсяной смеси обусловлено интенсивным разложением биомассы в первый год.
В осенний период максимальное содержание обменного калия наблюдалось на варианте запашки гречихи 34,12 и 30,69 мг/100 г почв в слоях 0-20 и 20-40 см соответственно.
Начало вегетационного периода 2008 года было обозначено снижением со держания обменного калия в почве по всем вариантам исследований в сравне нии с осенью 2007 г. В этот период максимальные значения содержания К2О отмечались на варианте запашки гречихи (22,46 и 20,71 мг/100 г в слоях 0-20 и 20-40 см соответственно), минимальные – овса (19,62 мг/100 г почвы в пахот ном слое и 17,98 мг/100 г – в подпахотном).
В летний период на всех вариантах произошло снижение содержания обмен ного калия.
В распределении обменного калия по профилю почв можно заметить доста точно четкую выраженную закономерность: содержание его в пахотном слое, как правило, выше, чем в нижележащем горизонте.
В наших исследованиях на всех вариантах использования сидератов содер жание калия в почве с 2006 по 2008 гг. было выше, чем в исходном состоянии.
Следовательно, можно говорить о положительном влиянии сидератов на калий ный режим почвы.
4. Энергетическая оценка выращивания сидератов Эффективность производства зависит от уровня использования ресурсов.
Величина энергоемкости формируется под воздействием научно-технического прогресса, проведения экономических и организационных мероприятий в сель скохозяйственной сфере. Проведение энергетического расчета очень актуально в настоящее время, когда применяемые стоимостные показатели из-за неста бильности цен теряют прежний смысл.
Самый высокий выход энергии при выращивании и запашке сидеральных культур был получен у гречихи – 566780,0 МДж/га, что на 23,8% больше, чем у горохо-овсяной смеси (432105,6 МДж/га) и на 36,2%, – чем у овса. Коэффици енты энергетической эффективности по этим культурам составили, соответст венно, 1,80;
1,38 и 1,16 (табл. 7).
Влияние сидератов на урожайность последующих культур представлено в диссертационной работе. Урожайность яровой пшеницы в год действия по ва риантам применения сидератов составила: по овсу – 10,9 ц/га, горохо-овсяной смеси – 14,2 ц/га, гречихе – 11,4 ц/га. В год последействия урожайность яровой пшеницы увеличилась на вариантах применения горохо-овсяной смеси и гречи хи на 14,7 и 18,9% соответственно. На варианте заделки овса отмечено сниже ние урожайности пшеницы.
Урожайность пшеницы возделываемой бессменно была низкой: 10,1 ц/га в 2006 г., 11,2 ц/га – 2007 г., 10,7 ц/га – 2008 г.
Таблица Энергетическая оценка выращивания сидеральных культур (2005 г.) Всего затраченной энер Коэффициент энергети ческой эффективности Электроэнергия, МДж Полученная энергия, Затраты труда, МДж Амортизация, МДж Топливо, МДж Биомасса, т/га гии, МДж/га МДж/га Семена Сидерат Овес 22,35 290340,0 14808,5 152,4 2425,5 3417,7 311144,1 361399,5 1, Горохо овсяная 26,22 290340,0 14808,5 560,4 3296,0 3417,7 312422,6 432105,6 1, смесь Гречиха 34,00 290340,0 14808,5 291,6 6334,6 3417,7 315192,4 566780 1, ВЫВОДЫ 1. Процессы минерализации сидеральных культур в течение первого года экспозиции протекают достаточно интенсивно. Максимальная степень разло жения наблюдается у гороха (67,6%), минимальная – у смеси сорных трав (47,5%). Во второй год эксперимента скорость минерализации заметно снижа ется. По степени минерализации изученные культуры можно расположить в следующем возрастающем порядке: пшеница – сорные травы – гречиха – горо хо-овсяная смесь – горох.
2. Использование сидеральных культур в год действия увеличивает количе ство агрономически ценных структур и водопрочных агрегатов в большей сте пени при применении гречихи. За период наблюдений на всех вариантах при менения сидератов отмечалось увеличение коэффициента структурности и кри терия водопрочности.
3. На всех вариантах применения сидератов наблюдается достоверное уве личение содержания гумуса в почве. Наибольшее увеличение зарегистрировано в звеньях севооборота, где в качестве сидерата применяли горохо-овсяную смесь и гречиху.
4. Применение однолетних сидератов способствовало увеличению содержа ния в почве подвижных азота и фосфора. Наибольшее увеличение нитратного азота в год действия и первый год последействия зеленых удобрений было от мечено на варианте использования горохо-овсяной смеси (на 50,1-63,2% и 27,4 29,1% в 2006 и 2007 годах соответственно), во второй год последействия – гре чихи (на 2,7-10,5%). Максимальное количество аммонийного азота по всем го дам наблюдений зафиксировано на варианте использования гречихи. Подобная ситуация наблюдается в накоплении подвижного фосфора. Достоверного изме нения в содержания обменного калия не зафиксировано.
5. Энергетическая оценка возделывания сидератов показала большую эффек тивность выращивания гречихи, где выход энергии составил 566780,0 МДж/га, что на 23,8% больше, чем у горохо-овсяной смеси, и на 36,2%, – чем у овса. Ко эффициенты энергетической эффективности по этим культурам составили, со ответственно, 1,80;
1,38 и 1,16.
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ Для улучшения пищевого режима, структурности и гумусного состояния почвы рационально применять горохо-овсяную смесь и гречиху в качестве си деральных удобрений. В севообороте предлагается иметь поле сидерального пара следующее за гречихой, где прорастающая падалица дает биомассу, и ее возделывание сокращает затраты на выращивание сидеральной культуры (под тверждено патентом РФ № 2344589).
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Дёмина И.В. Экологические аспекты применения сидеральных удобрений на черноземах выщелоченных умеренно-засушливой и колочной степи алтай ского края / И.В. Дёмина // Молодежь – Барнаулу: материалы научно практической конференции (13-17 ноября). – Барнаул, 2006. – С. 438-439.
2. Морковкин Г.Г. Влияние сидератов на содержание подвижных элементов питания и урожайность яровой пшеницы на черноземах выщелоченных Алтай ского края / Г.Г. Морковкин, И.В. Дёмина // Инновационный путь развития АПК – магистральное направление научных исследований для сельского хозяй ства: материалы Международной научно-практической конференции (6-9 фев раля). – пос. Персиановский, 2007. – Т. II. – С. 77-79.
3. Морковкин Г.Г. Влияние сидератов на динамику содержания подвиж ных элементов питания в черноземах выщелоченных умеренно-засушливой и колочной степи Алтайского края / Г.Г. Морковкин, И.В. Дёмина // Аграр ная наука – сельскому хозяйству: сборник статей;
в 3 кн. / II Международная научно-практическая конференция. – Барнаул: Изд-во АГАУ, 2007. – Кн. 1. – С. 191-194.
4. Морковкин Г.Г. Влияние сидератов на агрохимические свойства черно земов выщелоченных умеренно-засушливой и колочной степи Алтайского края / Г.Г. Морковкин, И.В. Дёмина // Вестник Алтайского государственного аграр ного университета. – 2007. – № 4. – С. 16-19.
5. Морковкин Г.Г. Влияние сидеральных удобрений на структурно агрегатный состав черноземов выщелоченных / Г.Г. Морковкин, И.В. Дёмина // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. – 2007. – № 11.
– С. 9-13.
6. Морковкин Г.Г. Влияние горохо-овсяной смеси в качестве сидерата на содержание элементов питания и структурно-агрегатное состояние черноземов выщелоченных / Г.Г. Морковкин, И.В. Дёмина // Материалы V съезда ВОП им.
В.В. Докучаева (18-23 августа). Ростов-на-Дону: ЗАО «Росиздат», 2008. – С. 181.
7. Морковкин Г.Г. Влияние сидеральных удобрений на динамику содержа ния органического вещества в черноземах выщелоченных умеренно засушливой и колочной степи Алтайского края / Г.Г. Морковкин, И.В. Дёмина // Аграрная наука – сельскому хозяйству: сборник статей;
в 3 кн. / III Междуна родная научно-практическая конференция. – Барнаул: Изд-во АГАУ, 2008. – Кн 1. – С. 108-110.
8. Дёмина И.В. Изменение структурно-агрегатного и гумусного состояния черноземов выщелоченных под влиянием сидератов / И.В. Дёмина // XV Меж дународная конференция студентов и аспирантов по фундаментальным наукам;
секция «Почвоведение» (8-12 апреля 2008 г., Москва, МГУ им. М.В. Ломоносо ва, факультет почвоведения): тезисы докладов. – М.: МАКС Пресс, 2008. – С. 29-30.
9. Дёмина И.В. Влияние различных видов сидератов на показатели плодо родия черноземов выщелоченных умеренно-засушливой и колочной степи Ал тайского края / И.В. Дёмина // Научное и инновационное обеспечение АПК Си бири: материалы VI Межрегиональной конференции молодых ученых и специа листов аграрных вузов Сибирского федерального округа (18-21 июня 2008 г.). – Барнаул: Изд-во АГАУ, 2008. – С. 26-29.
10. Морковкин Г.Г. Изучение влияния сидератов на агрохимические свойства чернозёмов выщелоченных в условиях умеренно-засушливой и ко лочной степи Алтайского края / Г.Г. Морковкин, И.В. Дёмина // Аграрная наука – сельскому хозяйству: сборник статей;
в 3 кн. / IV Международная научно-практическая конференция. – Барнаул: Изд-во АГАУ, 2009. – Кн. 2. – С. 411-414.
11. Морковкин Г.Г. Интенсивность минерализации сидератов и изменение содержания гумуса в черноземах выщелоченных умеренно-засушливой и ко лочной степи Алтайского края / Г.Г. Морковкин, И.В. Дёмина // Вестник Алтай ского государственного аграрного университета. – 2009. – № 1. – С. 12-16.
12. Патент РФ №2344589. Способ возделывания зеленых удобрений / Мор ковкин Г.Г., Дёмина И.В. Опубл. 27.01.09, Бюл. № 3.
ЛР № 020648 от 16 декабря 1997 г.
Подписано в печать 27.03.2009 г. Формат 60х84/16. Бумага для множительных аппаратов.
Печать ризографная. Гарнитура «Times New Roman». Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ № Издательство АГАУ 656049, г. Барнаул, пр. Красноармейский, 98, тел. 62-84-