Сочетание приемов современного земледелия направлено на неуклонное повышение плодородия и улучшение свойств почвы. При этом главная роль принадлежит научно обоснованной системе применения удобрений. Для управления плодородием почв необходимо всестороннее изучение почвенных процессов, взаимодействия удобрений с почвой и растениями, а также факторов, определяющих доступность остаточных питательных веществ.
Наиболее детально изучить взаимодействие почв, растений и удобрений можно в длительных стационарных опытах с систематическим применением удобрений. В таких опытах создаются исключительные условия стандартизации, позволяющие лучше изучить действие климата и агрометеорологических условий на культуры, почвы и факторы, регулирующие почвенное плодородие.
Основные направления агрохимических исследований в длительных стационарных опытах следующие: 1) сравнительная оценка доз, видов и форм минеральных удобрений, внесенных по эквивалентному количеству питательных веществ; 2) оценка эффективности минеральной, органической и органоминеральной систем удобрений в севооборотах различной специализации; 3) установление оптимального распределения удобрений среди культур севооборота в целях получения наибольшей их окупаемости; 4) достижение максимальной эффективности при сочетании различных систем удобрения с химической мелиорацией почв и их влияние на свойства почвы и продуктивность севооборотов; 5) возможность периодического внесения фосфорных и калийных удобрений; 6) оптимизация плодородия и свойств почвы; 7) регулирование биологического круговорота и баланса биогенных элементов в агроценозе; 8) экологические функции агрохимических средств.
В агрохимии приняты следующие методы исследования свойств почвы в длительных стационарных опытах (табл. 3.4).
Показатели | Метод и его характеристика |
Общее содержание органического углерода | Метод Тюрина в модификации Симакова (окисление органического вещества раствором хромовой смеси) |
Водорастворимые гумусовые вещества | Метод Тюрина (то же) |
Подвижные гумусовые вещества | Метод Тюрина (то же; вытяжка 0,1 н. NaOH) |
Групповой состав гумусовых веществ | Метод Кононовой и Бельчиковой (вытяжка смесью Na4P2O7 и NaOH) |
Константа гидрофильности гумусовых веществ | Метод Алешина |
Общее содержание азота | Метод Кьельдаля (окисление почвы кипящей концентрированной H2SO4) |
Подвижность и доступность азота растениям | Метод вегетационного опыта с использованием 15N |
Азот фиксированного аммония | Метод Сильва и Бремнера в модификации Кудеярова (колориметрическое определение в вытяжке из смеси HF и НСl) |
Валовое содержание Р2О5 | Метод Шермана (сжигание почвы в НСlO4) |
Подвижные фосфаты: кислых почв черноземов сероземов | Метод Кирсанова (вытяжка 0,2н. НСl, 1:5) Метод Чирикова (вытяжка 0,5н. СН3СООН, 1:25) Метод Мачигина (вытяжка 1% (NH4)2CO3, 1:10) |
Формы минеральных фосфатов | Метод Чанга - Джексона (последовательные вытяжки: 1,0 н. NH4Cl; 0,5 н. NH4F; 1 н. NaOH; 0,5 н. H2SO4) |
Обменный калий | Метод Масловой (вытяжка 1 н. CH3COONH4, 1:10) |
Необменный калий | Метод Гедройца (вытяжка 10% НСl при кипячении) |
Подвижность и доступность растениям «остаточных» фосфатов и соединений калия | Метод вегетационного опыта |
pH солевой суспензии | Потенциометрический (1 н. КСl) |
Гидролитическая кислотность | Метод Каппена (вытяжка 1 н. СН3СООNa) |
Сумма поглощенных оснований: некарбонатные почвы карбонатные почвы | Метод Каппена-Гильковица (обработка почвы 0,1 н. НСl) Метод Шмука (вытяжка 1,0 н. NaCl, 1:100) |
Содержание илистой фракции (<0,001 мм) | Дезагрегация почвы с помощью пирофосфата натрия |
Физико-химические свойства почв помимо непосредственного действия на урожай культурных растений оказывают значительное влияние на пищевой режим почв, их биологическую активность, обусловливают характер превращения внесенных в почву удобрений в пахотном горизонте, а в условиях промывного водного режима определяют возможность передвижения некоторых соединений в более глубокие слои почвы.
Систематическое применение органических и минеральных удобрений сопровождается изменениями физико-химических свойств почв. Многолетнее внесение навоза, как правило, увеличивает количество органического вещества и емкость поглощения почв, снижает обменную и гидролитическую кислотность и увеличивает степень насыщенности почв основаниями, т.е. улучшает физико- химические свойства почв. О существенном влиянии удобрений на агрохимические и агрофизические свойства почвы даже на черноземе свидетельствуют данные табл. 3.5. Продуктивность севооборота по вариантам составила (ц/га корм, ед.): 1-61,8; 2-77,9; 3-93,6 и 4-97,7.
Совместное применение навоза и минеральных удобрений в течение 15 лет повысило содержание гумуса на 12,6 т/га, азота - на 0,7 т/га, плотность почвы понизило на 0,08 г/см3, общая и капиллярная влагоемкость возросла более чем на 3%, водопроницаемость - на 4,3 мм/(ч×см2), а общая порозность - на 3%.
От длительного применения минеральных удобрений свойства почв ухудшаются. Это объясняется поглощением почвой катионов, входящих в состав удобрений, и подкислением реакции почвенного раствора в результате вытеснения из поглощающего комплекса водорода и алюминия, а также физиологической кислотностью азотных и калийных удобрений. При правильном применении удобрений (на фоне навоза или известкования, внесении добавок для нейтрализации физиологической кислотности удобрений) кислотность почв не только не увеличивается, но в ряде случаев происходит даже ее снижение. На нейтральных и близких к нейтральным черноземах некоторое подкисление в результате применения удобрений можно считать даже положительным, так как многие соединения при этом становятся более подвижными и доступными для растений. Следовательно, характер и оценка действия удобрений на физико-химические свойства почв, как и все другие показатели плодородия, зависят от почвенно-климатических условий и форм применяемых удобрений.
Варианты удобрений |
pH | Нr | S | .V,% | Р2О5 | К2О | Гумус | Азот | Объем- ная масса, г/см3 |
Общая влаго- ем- кость, % |
Капил- лярная влагоем- кость, % |
Водопро- ницае мость в полевых условиях, мм/(ч·см2) |
Общая пороз- ность, % |
|
ммоль на 100 г почвы | мг/кг почвы | т/ га | ||||||||||||
Перед закладкой опыта (среднее по фону, 1972) | ||||||||||||||
— | 6,2 | 2,6 | 25,7 | 91,2 | 127,4 | 70,3 | 134,2 | 11,4 | 1,25 | 49,2 | 36,7 | 6,1 | 48,7 | |
В конце второй ротации (1987) | ||||||||||||||
Без основного удобрения | 5,7 | 2,7 | 24,0 | 89,5 | 121,2 | 66,4 | 123,1 | 10,7 | 1,26 | 48,9 | 36,9 | 6,8 | 49,6 | |
Навоз, 5 т + N49P56K53 |
5,5 | 2,8 | 23,6 | 88,2 | 141,6 | 80,6 | 134,0 | 11,4 | 1,22 | 50,4 | 38,7 | 8,7 | 51,0 | |
Навоз, 10 т + N88P98K96 |
5,3 | 2,9 | 23,4 | 87,1 | 157,2 | 87,8 | 142,1 | 11,9 | 1,20 | 51,1 | 39,6 | 10,1 | 51,6 | |
Навоз, 15 т + N128Р141К139 |
5,2 | 3,0 | 23,0 | 85,6 | 164,0 | 93,6 | 146,8 | 12,1 | 1,18 | 52,2 | 40,3 | 11,4 | 52,5 |
При промывном водном режиме дерново-подзолистых и серых лесных почв изменения их свойств под влиянием удобрений происходят не только в пахотном, но и в более глубоких слоях. Это объясняется повышенным количеством осадков в этой зоне и подкислением почвы при высоких дозах минеральных удобрений, образованием исключительно подвижных органических соединений при внесении навоза, а также пептизацией почвенных коллоидов под влиянием одновалентных катионов, входящих в состав удобрений, и вымыванием их вместе с адсорбированными соединениями за пределы пахотного слоя. Особенно благоприятные условия для миграции питательных веществ в нижележащие слои вследствие пептизации коллоидов создаются при внесении удобрений в пару и под пропашные культуры, при частых обработках почвы. Чем легче механический состав почвы и выше доза удобрений, тем сильнее выражен процесс вымывания коллоидов.
Под влиянием систематически вносимых удобрений рост урожая ведет к увеличению количества пожнивно-корневых остатков в почве, разложение которых обусловливает новообразование органических коллоидов в пахотном слое и наряду с пептизацией более крупных почвенных частиц приводит к увеличению содержания в нем илистой фракции. В малобуферных почвах легкого гранулометрического состава процесс вымывания коллоидов может преобладать над их новообразованием.
свойств сосредоточены главным образом в пахотном и подпахотном слоях, что объясняется ограниченным количеством осадков в степной зоне и неглубоким промачиванием почвы. На этих почвах длительное применение удобрений также приводит к росту илистой фракции почвы и величины емкости поглощения. При этом кислотность почв на фоне навоза снижается, а при применении минеральных удобрений возрастает. Это объясняется физиологической кислотностью азотных и калийных удобрений и необменным поглощением одновалентных катионов в сочетании с отсутствием условий для вымывания водорода и кислотного остатка. Повышение кислотности черноземов часто способствует увеличению подвижности некоторых питательных веществ и повышает доступность их растениям.
Систематическое применение навоза и минеральных удобрений на сероземах не оказывает существенного влияния на реакцию почвенного раствора в связи с их карбонатностью и буферностью. Некоторое увеличение содержания илистой фракции и повышение емкости поглощения этих почв в верхних слоях происходят за счет образования коллоидов из органических остатков растений. Пахотный слой сероземов не обедняется коллоидами, в связи с тем что почвы содержат большое количество кальция, который, поглощаясь коллоидами, препятствует их диспергированию и вымыванию. Передвижение питательных веществ удобрений вниз по профилю в сероземах и потери их с грунтовыми и сбросными водами обусловлены промывным водным режимом в условиях орошения и хорошей растворимостью некоторых соединений.
Длительное применение органических и минеральных удобрений увеличивает общее содержание углерода и азота (по сравнению с контролем) в бедных гумусом дерново-подзолистых и сероземных почвах, слабо влияя на богатые гумусом черноземы. В вариантах с внесением навоза наблюдается повышение содержания органического вещества главным образом в верхних горизонтах, а более слабое влияние минеральных удобрений проявляется иногда и в подпахотном слое почвы. Навоз и минеральные удобрения не изменяют групповой состав органического вещества различных почв. Состав гумуса длительно удобрявшихся почв сохраняет свойства, присущие органическому веществу, сформировавшемуся в региональных условиях почвообразования. Длительное применение удобрений сопровождается обогащением почвы подвижным органическим веществом, находящимся в ранних (гидрофильных) стадиях гумификации, химически «молодых», более биохимически активных органических соединений, обогащает почву подвижным, доступным растениям азотом. Наиболее сильное действие удобрений на этот показатель отмечено на дерново-подзолистых почвах, слабее - на черноземах и очень слабо - на сероземах.
Внесение удобрений в почву сопровождается фиксацией (необменным поглощением) азота в виде иона NH4+ глинистыми минералами, что значительно уменьшает доступность его растениям. Фиксация азота в пахотном и более глубоких слоях может достигать значительных размеров и должна учитываться в общем балансе азота в севообороте.
Природные запасы фосфора в почвах и их распределение по профилю определяются содержанием фосфора в материнских породах и характером почвообразовательного процесса. При систематическом внесении удобрений увеличиваются валовое содержание фосфора, запас подвижных его соединений и повышается подвижность фосфатов. Степень проявления указанных изменений определяется дозами удобрений, длительностью опыта и свойствами самой почвы. Основная масса фосфора, накопленного в результате внесения удобрений, остается в пахотном слое почвы. Однако при высоких дозах удобрений фосфором обогащаются подпахотный слой, а в некоторых случаях (на легких почвах без известкования, при орошении и т.д.) и более глубокие слои почвы.
Групповой состав минеральных фосфатов по всему профилю определяется генетическими особенностями почв. В дерново-подзолистых почвах преобладают фосфаты полуторных оксидов, в черноземах и сероземах - фосфаты кальция.
При внесении минеральных удобрений в почвах накапливается несколько больше фосфатов полуторных окислов по сравнению с унавоженными почвами.
Характер превращения калия в сильной степени зависит от почвенно-климатических условий (табл. 3.6). В дерново-подзолистых и серых лесных почвах заметно повышается количество обменного калия, а содержание необменного калия меняется мало. Накопление обменного калия наблюдается не только в пахотном слое, но и в более глубоких слоях исследованных почв. В пахотном слое черноземов преобладает необменное поглощение калия, а количество обменного калия возрастает в меньшей степени. В сероземах существенно увеличивается содержание как обменного, так и необменного, поглощенного калия. Промывной режим почв, создаваемый орошением, способствует миграции калия по профилю и накоплению его различных форм в нижних слоях почвы.
Почва, опытное учреждение | Вариант опыта | Обменный калий | Необменный калий | ||
Общее со- держа- ние | Увеличе- ние от удобре- ний | Общее со- держа ние | Увеличе- ние от удобре- ний | ||
Дерново-подзолистая пылевато-песчанисто- суглинистая (ТСХА) | Контроль Навоз NPK | 8,6 15,2 14,8 | - 6,6 6,2 | 63,6 67,7 67,1 | - 4,1 3,4 |
Дерново-подзолистая тяжелосуглинистая (ДАОС) | Контроль Навоз NPK | 8,6 14,9 14,8 | - 6,3 6,2 | 140 147 146 | - 7,0 6,0 |
Серая лесная легко- суглинистая (ВНИИ лубяных культур) | Контроль Навоз NPK | 11,1 33,8 30,0 | - 22,7 18,9 | 211 220 214 | - 9,0 3,0 |
Выщелоченный черно- зем легкосуглинистый (Мироновский НИИ селекции и семено- водства пшеницы) | Контроль Навоз NPK | 12,2 17,5 16,4 | - 5,3 4,2 | 258 276 272 | - 18,0 14,0 |
Типичный серозем (Ак- Кавакская опытная станция) | Контроль Навоз NPK | 33,8 55,4 40,7 | - 21,6 6,9 | 527 557 545 | - 29,0 18,0 |
При систематическом внесении удобрений происходит фиксация содержащихся в удобрениях одновалентных катионов калия и аммония почвенными коллоидами. Это связано с вхождением катионов внутрь кристаллической решетки минералов. Существенное значение в переходе калия и аммония в необменное состояние имеют тип глинистого минерала, гранулометрический состав почвы, содержание в ней органического вещества, реакция почвенного раствора, концентрация катионов калия и аммония в почвенном растворе, состав и концентрация сопутствующих катионов, степень насыщенности поглощающего комплекса данным катионом и гидротермические условия, в которых происходит фиксация.
Необменное поглощение катионов снижает доступность их растениям и коэффициент использования азотных и калийных удобрений. Фиксация катионов в значительной степени определяется типом почвы. Так, дерново-подзолистые почвы характеризуются невысокой способностью фиксировать калий, несмотря на высокую дисперсность минералов. Это объясняется кислой реакцией почвенного раствора, ненасыщенностью почв основаниями, невысоким содержанием органического вещества и повышенной влажностью почв. В таких случаях создаются неблагоприятные условия для необменного поглощения калия, который фиксируется лишь в небольшом количестве и только в верхнем пахотном слое почвы.
Известкование и длительное применение навоза повышают фиксирующую способность кислых почв в отношении калия по сравнению с минеральными удобрениями, что связано с увеличением количества органического вещества, а также коагулирующим действием двухвалентных катионов, входящих в состав навоза и известковых удобрений. При совместном внесении азотных и калийных удобрений в связи с конкурирующим действием иона NH4+, входящего в состав удобрений, фиксация калия снижается более чем в 2-3 раза.
Длительное применение азотных удобрений сопровождается увеличением количества фиксированного аммония в почве. Почвы легкого гранулометрического состава фиксируют аммоний в меньшей степени, чем почвы более тяжелые, так как фиксация связана с илистой фракцией и составляющими ее глинистыми минералами. При систематическом внесении азотных удобрений увеличение содержания фиксированного аммония происходит не только в пахотном, но и в более глубоких слоях почвы, особенно на почвах легкого гранулометрического состава. По-видимому, необменно-поглощенный аммоний вымывается в нижние слои с коллоидами, содержание которых вниз по профилю почвы заметно возрастает.
При совместном внесении азотных и калийных удобрений фиксация аммония снижается вследствие конкурирующего действия калия. Необменное поглощение аммония при внесении навоза менее выражено, чем в вариантах с минеральными удобрениями. Это объясняется повышенной фиксацией калия, улучшением физико-химических свойств почвы, а следовательно, и более усиленной нитрификационной способностью почв. В серых лесных почвах фиксация калия и аммония выражена сильнее, чем в дерново-подзолистых.
Реакция почвенного раствора, минералогический состав этих почв и повышенное содержание органического вещества способствуют усилению этого процесса. Промывной режим обусловливает увеличение катионов не только в пахотном, но и в нижних слоях почвенного профиля. Внесение минеральных удобрений сопровождается более высокой по сравнению с навозом фиксацией катионов.
В черноземах условия для фиксации катионов исключительно благоприятны: высокая насыщенность поглощающего комплекса основаниями, более высокое значение pH по сравнению с дерново-подзолистыми почвами, большое количество органического вещества, минералогический состав коллоидной фракции с преобладанием монтмориллонитовой группы, периодическое пересыхание верхнего слоя, при котором происходит необратимая коагуляция коллоидов, - все это способствует необменному поглощению катионов.
Совместное внесение азотных и калийных удобрений существенно не снижает фиксацию калия, так как в черноземах интенсивно протекают процессы нитрификации. Это же является и причиной небольшого увеличения количества фиксированного аммония в удобренных вариантах. Фиксация калия и аммония происходит только в верхних слоях черноземов. Аммоний минеральных удобрений фиксируется интенсивнее, так как отличается большей подвижностью, чем аммоний навоза.
В каштановых почвах и сероземах многолетнее применение удобрений приводит к увеличению количества необменного калия и аммония. Переход этих катионов в необменно-поглощенное состояние связан с преобладанием гидрослюдистых минералов в составе илистой фракции почв. Эти минералы обладают исключительно высокой фиксирующей способностью в отношении одновалентных катионов. Большое значение имеют также щелочная реакция почвы, насыщенность двухвалентными основаниями и периодическое пересыхание почв в условиях жаркого климата сухостепной и пустынной зон.
Промывной режим в условиях орошения обусловливает увеличение фиксированных катионов в нижних слоях почвенного профиля. Совместное внесение азотных и калийных удобрений слабо влияет на фиксацию катионов, так как минералогический состав этих почв имеет высокую емкость фиксации одновалентных катионов.
По содержанию обменного калия и фиксированного аммония почвы располагаются в такой последовательности: дерново-подзолистые < серые лесные < черноземы < каштановые < сероземы.
В пределах одного типа количество необменных катионов возрастает от почв легкого к почвам тяжелого гранулометрического состава. Запасы необменных катионов значительны, и их необходимо учитывать при оценке плодородия почв и балансовых расчетах.
Закрепление азота в почве в виде необменно-поглощенного аммония происходит в первые годы систематического применения удобрений, и при заполнении емкости фиксации дальнейшего увеличения количества фиксированного аммония при внесении удобрений не происходит.
Фиксация калия на дерново-подзолистых почвах небольшая и не представляет опасности, так как необменный калий почвенных коллоидов является главным источником пополнения запасов обменного калия, доступного для питания растений.
Калий, как и аммоний, наиболее активно фиксируется в первые годы внесения удобрений, и при заполнении емкости фиксация необменного поглощения калия во времени снижается, а доступность его растениям, а следовательно, и коэффициент использования его растениями возрастают.
Важным показателем плодородия почвы является ее биологическая активность - совокупность биологических и биохимических процессов, протекающих в почве, определяющихся генетическими способностями почвы, гидротермическими условиями, агротехническими мероприятиями. Биологической активностью почв в значительной мере определяется степень минерализации и гумификации растительных остатков, мобилизационная способность почв, а следовательно, и обеспеченность растений доступными элементами питания. Связь биологической активности почвы с ее плодородием изучена в меньшей степени. Установлено, что систематическое применение удобрений в севооборотах активизирует деятельность почвенной биоты.
На дерново-подзолистых кислых почвах существенное влияние на активность биологических процессов в почве оказывает известкование. Периодическое известкование снижает содержание подвижного алюминия и обменного водорода, улучшает условия жизни микроорганизмов в почве, что усиливает процессы минерализации органического вещества.
Положительное действие на биологическую активность оказывает навоз в чистом виде, в сочетании с минеральными удобрениями и известкованием (табл. 3.7).
Вариант | CO2, мг/(м2× ч) | Микро- организмы, млн кл. /г почвы | Нитрифика- ционная способность, мг N - NO3/кг почвы | Подвиж ный Аl, мг/100 г почвы | |||||
1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | ||
ТСХА | |||||||||
Контроль Навоз NPK Навоз + NPK | 62 111 86 107 | 162 212 174 214 | 0,6 1,05 1,3 3,1 | 15,4 19,5 13,0 19,8 | 2,8 9,8 7,9 10,5 | 4,3 12,4 6,3 9,8 | 10,0 4,4 7,2 2,3 | 0,72 0,27 0,45 0,18 | |
ЦОС ВИУА | |||||||||
Контроль Навоз NPK Навоз + NPK | 184 213 182 - | 193 210 179 234 | 12,3 24,8 18,7 - | 36,2 35,6 29,0 30,8 | 23,2 25,8 17,3 - | 22,0 20,8 19,3 15,9 | 4,3 2,5 3,8 - | 0,3 0,1 0,5 0,3 |
Влияние удобрений на ферментативную активность дерново- подзолистых почв аналогично влиянию на общую биологическую активность. Максимальная активность ферментов отмечена на фоне навоза. Минеральные удобрения без извести оказывают слабое влияние на ферментативную активность, а на фоне извести повышают ее.
На черноземе, темно-серой лесной почве и сероземе навоз в чистом виде и совместно с минеральными удобрениями положительно действует на ферментативную активность. В большинстве случаев повышается активность уреазы, так как для ее продуцентов - уробактерий благоприятной является нейтральная или слабощелочная реакция почвы. Этим объясняется более высокая активность уреазы на фоне навоза по сравнению с минеральными удобрениями. Возрастает активность и инвертазы под влиянием удобрений. Причем активность процессов разложения и синтеза безазотистых форм органического вещества возрастает в одинаковой степени на фоне навоза и минеральных удобрений.
На активность каталазы удобрения почти не влияют. В целом напряженность биохимических процессов в почве зависит от ряда факторов и обусловливается в значительной степени особенностями почв и видом удобрений.
Следовательно, агрохимические средства оказывают комплексное воздействие на плодородие и свойства почвы:
- Подкисляют или подщелачивают почвенный раствор.
- Улучшают или ухудшают агрохимические свойства почвы.
- Усиливают или ослабляют биологическую и ферментативную активности почвы.
- Способствуют усилению или ослаблению физико-химического и химического поглощения.
- Способствуют мобилизации или иммобилизации токсических элементов и радионуклидов.
- Усиливают процессы минерализации или синтеза гумуса в почве.
- Ослабляют или активизируют биологическую фиксацию N2 из атмосферы.
- Усиливают или ослабляют действие других питательных элементов почвы или удобрений.
- Способствуют мобилизации или иммобилизации биогенных макро- и микроэлементов почвы.
- Вызывают антагонизм или синергизм ионов в почве при поглощении растениями, что влияет на обмен веществ.
Оптимизация плодородия почв - важнейшая проблема агрохимии независимо от направления земледелия. Благодаря разработкам научно-исследовательских учреждений и особенно данным длительных стационарных опытов с удобрениями в Географической сети стала возможной оптимизация плодородия почвы по агрохимическим и агрофизическим показателям. Показатели плодородия почвы являются оптимальными в том случае, если они обеспечивают формирование высокого урожая и качества продукции всех культур севооборота, повышают экономическую эффективность и улучшают экологическую ситуацию в конкретном агроценозе. Оптимальные параметры плодородия почвы должны соответствовать биологическим требованиям всех культур севооборота и способствовать реализации их потенциальной продуктивности.
Поэтому плодородие почвы важно рассматривать и оценивать по комплексу показателей в соответствии со специализацией севооборота. О комплексе оптимальных показателей плодородия и свойств, например, дерново-подзолистых средне- и легкосуглинистых почв можно судить по данным табл. 3.8.
Показатели плодородия почв и урожайность | Типы суглинистых почв | ||||||||
чернозем обыкно- венный | серая лесная | дерново- подзолис- тая | серозем типичный | ||||||
Агрофизические свойства почв | |||||||||
Пахотный слой, см Плотность, г /см3 Пористость общая, % Влагоемкость, % от массы Водопрочные агрегаты 0,25 мм, % | 35 1,10 59 30 60 | 30 1,20 55 29 50 | 27 1,25 50 27 40 | 35 1,30 46 25 25 | |||||
Агрохимические и физико-химические свойства почв | |||||||||
Гумус, % / т /га Азот, % / т/га Фосфор подвижный, мг/100 г почвы Калий обменный, мг/100 г почвы | 7,0/270 0,30/12,0 20 35 | 3,0/90 0,20/7,2 20 20 | 2,5/75 0,15/5,0 20 15 | 1,3/60 0,14/6,3 4 400 | |||||
Урожайность, ц/га | |||||||||
Пшеница озимая Ячмень Многолетние травы (сено) Картофель Хлопчатник | 60 - 120 - - | 50 45 75 250 - | 45 32 55 250 - | 50 40 120 120 45 |
Оптимальные параметры основных показателей плодородия почвы создаются путем применения комплекса агротехнических приемов и агрохимических средств. Почвенным институтом им. В.В. Докучаева предложены параметры основных показателей плодородия почв, обеспечивающие высокую урожайность сельскохозяйственных культур. Они дифференцированы в зависимости от свойств почвы, специализации земледелия и других условий. Например, для почв дерново-подзолистого типа важным показателем является оптимальный уровень ее кислотности, который определяется с учетом специализации севооборота, биологических особенностей культур, гранулометрического состава, суммы и состава поглощенных катионов и т.д. Оптимальные уровни рНKCl для дерново-подзолистых почв установлены с учетом биологических особенностей культур, гранулометрического состава почвы и климатических условий зоны.
Одной из основных причин различной чувствительности растений к кислой реакции почвы являются наличие и неодинаковая подвижность в ней алюминия, причем культуры реагируют не только на содержание в почве активных его форм, но и на соотношение обменного кальция и алюминия или суммы кальция и магния и алюминия. Чем выше это соотношение, тем слабее отрицательное действие алюминия.
Проблема оптимизации реакции почвенного раствора обострена еще и расширением применения физиологически кислых минеральных удобрений, приводящих к резкому обеднению пахотного горизонта кальцием. Поддержание оптимальной реакции среды кислых почв неразрывно связано и с научно обоснованной технологией их известкования.
В наибольшей степени определяет плодородие почвы гумус. В нем содержатся почти весь запас азота, значительная часть фосфора и серы, а также калия, кальция, магния и других питательных веществ. Способы создания бездефицитного баланса гумуса в почве, расширенного его воспроизводства - важная задача агрохимии. Определены оптимальные показатели содержания гумуса в дерново-подзолистых почвах: в песчаных - 1,8-2,0, супесчаных - 2,0-2,5, суглинистых - 2,6-3,0%. Для поддержания бездефицитного баланса гумуса в этих почвах необходимо вносить ежегодно соответственно 16-18, 13-15 и 10-12 т навоза.
Для поддержания оптимального содержания гумуса в кислых дерново-подзолистых и серых лесных почвах рекомендуется сочетать известкование, применение органических и ежегодное внесение азотных удобрений в дозах, покрывающих не менее 90% выноса азота культурами севооборота, обязательное включение в структуру посевных площадей бобово-злаковых трав. Дозы органических удобрений зависят от содержания гумуса в почвах и их гранулометрического состава. Оценку азотного режима почв в большинстве зон страны проводят по содержанию в них минерального азота. Существуют различные модификации оценки оптимизации содержания азота в почве в зависимости от почвенно-климатических условий.
Одной из главных характеристик общей окультуренности почв служит содержание подвижного фосфора, при котором достигаются наибольший урожай возделываемой культуры и отсутствие эффекта от дополнительно вносимых фосфорных удобрений. При этом следует ориентироваться на ведущие и наиболее требовательные к уровню фосфорного питания культуры севооборота в конкретных почвенно-климатических условиях.
Важность оптимизации фосфатного режима диктуется еще и тем, что значительные площади пахотных земель характеризуются низкой обеспеченностью подвижным фосфором. Кроме того, дефицит фосфора из-за ограниченности ресурсов фосфатного агрохимического сырья возможен и в перспективе. Исследованиями в длительных стационарных опытах установлены значения оптимального содержания подвижного фосфора для основных типов почв (табл. 3.9.).
Почва и метод определения | Нижняя граница оптималь -ного содержа- ния Р2О5, мг/100 г | Затраты фосфорных удобрений для повышения содержания по- движного фос- фора в почве на 1 мг/100 г, кг/га |
Дерново-подзолистые и серые лесные, песчаные и супесчаные (по Кирсанову) | 10,1-15,0 | 40-60 |
Дерново-подзолистые и серые лесные легко- и среднесуглинистые (по Кирсанову) | 10,1-15,0 | 60-90 |
Дерново-подзолистые и серые лесные тяжелосуглинистые (по Кирсанову) | 10,1-15,0 | 90-120 |
В среднем для почв Нечерноземной зоны (по Кирсанову) | 10,1-15,0 | 80 |
То же (по Эгнеру-Риму) | 7,1-14,0 | 80 |
Чернозем некарбонатный (по Чирикову) | 10,1-15,0 | 50-120 |
Чернозем карбонатный и каштановая почва (по Мачигину) | 3,1-4,5 | 90-170 |
Серозем (по Мачигину) | 3,1-4,5 | 130-400 |
За оптимальный уровень принято содержание подвижного фосфора (Р2О5) в почве, при котором может быть достигнуто не менее 90-95% от максимального урожая, а недостающие 5-10% (на грани достоверности опыта) восполняются фосфорными удобрениями, компенсирующими вынос. Такой уровень фосфатного режима позволяет получать в условиях обеспечения другими факторами роста максимально возможные в настоящее время урожаи возделываемых в каждой зоне культур (т/га):
Дерново-подзолистые и серые лесные почвы НЧЗ | озимая пшеница картофель ячмень | 5,0-5,5 25-30 4,0-4,5 |
Обыкновенные, оподзоленные и мощные черноземы | озимая пшеница картофель ячмень | 5,5-6,0 7,0-7,5 35-40 |
Каштановые и сероземные почвы | хлопчатник сахарная свекла | 4,0-5,0 50-60 |
Продуктивность севооборотов при этом достигает 40-50 ц/га зерновых единиц. На орошаемых землях в условиях повышенной продуктивности требуются более высокие уровни обеспеченности подвижным фосфором. Увеличение содержания подвижного фосфора в почве от низкого (2-4 мг/100 г почвы) до среднего (8-10 мг/100 г почвы) сопровождается наиболее высокими прибавками урожая. Дальнейшее его повышение приводит к снижению величины прибавок, и, наконец, урожаи, достигнув максимального в зоне оптимальных значений содержания подвижного фосфора в почве, стабилизируются.
Основным показателем обеспеченности растений калием принято считать содержание его в почве в обменной форме. В почве имеются значительные запасы калия и существует динамическое равновесие между различными его формами: калий почвенного раствора, обменный и необменный (фиксированный и калий природных глинистых минералов). В процессе питания растений нарушается динамическое равновесие и вовлекаются все формы почвенного калия. При этом имеют значение степень подвижности обменного калия, скорость восстановления его из резервных необменных форм, что затрудняет выбор объективного показателя оптимизации содержания калия в почве.
Величина степени обеспеченности почв подвижным калием определяется разными методами в зависимости от типа почвы (табл. 3. 10).
Обеспеченность почв калием | По Кирсанову, 0,2 н. НСl | По Масловой, 1 H. CH3COONH4 | По Чирикову, 0,5 н. СН3СООН | По Мачигину, 1%(NH4)2CO3 | По Пейве, 1,0 н. NaCl | По Эгнеру-Риму, молочнокислый кальций | ||
pH 5,1 | pH 5,1-6 | pH 6,0 | ||||||
Очень низкая | 0-4 | 0-5 | 0-2 | 0-10 | - | - | - | - |
Низкая | 4-8 | 5-10 | 2-4 | 10-20 | 0-5 | <10 | <9 | <8 |
Средняя | 8-12 | 10-15 | 5-8 | 20-30 | 5-10 | 10-20 | 9-18 | 8-16 |
Повышенная | 12-17 | 15-20 | 9-12 | 30-40 | 10-15 | - | - | - |
Высокая | 17-25 | 20-30 | 13-18 | <40 | 15-25 | <20 | <18 | <16 |
Очень высокая | <25 | <30 | <19 | - | <25 | - | - | - |
Оптимальные уровни содержания обменного калия по типам почв приведены в табл. 3.11. Эти параметры обеспеченности почвы калием могут быть уточнены при специализации севооборота, известковании кислых почв, уровне обеспеченности почвы азотом и фосфором, биологических особенностях культур и других условиях. Однако в практике земледелия этими показателями вполне можно пользоваться при определении оптимального обеспечения культур на заданную продуктивность.
Почва | К2О, мг/100г | Продуктивность, ц/га зерновых единиц в год |
Дерново-подзолистые супесчаные и суглинистые | 15-20 | 35-45 |
Серые лесные | 10-15 | 40-50 |
Черноземы выщелоченные и типичные (лесостепь) | 15-20 | 45-60 |
Черноземы мощные, обыкновенные и карбонатные (степь) | 15-20 | 35-45 |
Черноземы обыкновенные и карбонатные (степь, при орошении) | 25-30 | 50-65 |
Каштановые, светло- и темно-каштановые (степь, при орошении) | 20-30 | 65-90 |
Детально изучив калийный режим почв России, М.Х. Шаймухаметов и Л.С. Травникова (1997) предложили оптимальные параметры содержания обменного калия в зависимости от доли этого элемента в емкости катионного обмена (ЕКО) почв различного гранулометрического состава (табл. 3.12). Чем выше доля калия в ЕКО, тем ниже показатели оптимального содержания обменно-поглощенного калия в почве.
Почвы | Оптимальное содержание обменного калия | |
мг К20/100г | % от ЕКО | |
Песчаные | 14-16 | 5-10 |
Супесчаные | 16-19 | 3-5 |
Суглинистые | 19-22 | 1,8-3 |
Тяжелосуглинистые и глинистые | 22-25 | 1,2-1,8 |
На основании обобщения многочисленных экспериментальных данных установлены градации различной степени обеспеченности почв основных почвенно-климатических зон России подвижными формами микроэлементов (табл. 3.13).
Микро- элемент | Биогео- химичес- кая зона | Почвенная вытяжка | Обеспеченность почв, мг/кг почвы | ||||
очень бедная | бедная | средняя | богатая | очень богатая | |||
В | Таежно- лесная | Н2О | <0,2 | 0,2-0,4 | 0,4-0,7 | 0,7-1,1 | >1,1 |
Cu | 1,0 н. НСl | <0,9 | 0,9-2,1 | 2,1-4,0 | 4,0-6,6 | >6,6 | |
Мо | оксалатная | <0,08 | 0,08-0,14 | 0,14-0,30 | 0,30-0,46 | >0,46 | |
Мn | 0,1 н. H2SO4 | <1,0 | 1,0-25 | 25-60 | 60-100 | >100 | |
Со | 1,0 н. HNO3 | <0,4 | 0,4-1,0 | 1,0-2,3 | 2,3-5,0 | >5,0 | |
Zn | 1,0 н. КСl | <0,28 | 0,2-0,8 | 0,8-2,0 | 2,0-4,0 | >4,0 | |
В | Лесо- степная и степная | Н2 | <0,2 | 0,2-0,4 | 0,4-0,8 | 0,8-1,2 | >1,2 |
Cu | 1,0 н. НСl | <1,4 | 1,4-3,0 | 3,0-4,4 | 4,4-5,6 | >5,6 | |
Мо | оксалатная | <0,10 | 0,10-0,23 | 0,23-0,38 | 0,38-0,55 | >0,55 | |
Мn | 0,1 н. H2SO4 | <25 | 25-55 | 55-90 | 90-170 | >170 | |
Со | 1,0 н. HNO3 | <1,0 | 1,0-1,8 | 1,8-2,9 | 2,9-3,6 | >3,6 | |
Zn | 1,0 н. КСl | <0,15 | 0,15-0,30 | 0,3-1,0 | 1,0-2,0 | >2,0 | |
Zn | ацетатно- аммонийная | <4,0 | 4,0-6,0 | 6,0-8,8 | >8,8 | - | |
В | Сухо- степная и полу- пустын- ная | Н2О | <0,4 | 0,4-1,2 | 1,2-1,7 | 1,7-4,5 | >4,5 |
Сu | 1,0 н. KNO3 + HNO3 (по Гюль- ахмедову) | <1,0 | 1,0-1,8 | 1,8-3,0 | 3,0-6,0 | >6,0 | |
Мо | <0,05 | 0,05-0,15 | 0,15-0,50 | 0,5-1,2 | >1,0 | ||
Мn | <6,6 | 6,6-12 | 12-30 | 30-90 | >90 | ||
Со | <0,6 | 0,6-1,3 | 1,3-2,4 | >2,4 | - | ||
Zn | <0,3 | 0,3-1,3 | 1,3-1,0 | 4,0-16,4 | >16,4 |
Научно-исследовательскими учреждениями Белоруссии проведены многочисленные исследования по определению оптимальных параметров основных показателей плодородия почв (табл. 3.14) и показана примерная модель плодородия дерново-подзолистых суглинистых почв (рис. 3.2).
Показатели, характеризующие состояние плодородия | Оптимальные значения параметров | Приемы, обеспечивающие достижение оптимальных свойств почвы | Нормативы затрат на изменение свойств пород |
1 | 2 | 3 | 4 |
Технологические свойства | |||
Контурность | Топографический контур поля не менее 15-20 га | Мелиоративное и культурно-техническое воздействие | - |
Эродированность | Отсутствует, слабо выражена | Способы сева, обработка почвы, травопольные севообороты | - |
Завалуненность | Отсутствует, менее 10 м3/га | Культуртехнические работы, уборка камней | - |
Морфологические признаки | |||
Мощность и характеристика верхних слоев почвы | Пахотный горизонт 25-30 см, темносерый; подзолистый отсутствует | Органические удобрения, периодическое углубление пахотного слоя с известкованием | - |
Структурность | Хорошо выражена, содержание водопрочных агрегатов размером более 0,25 мм - 70-80% | Органические удобрения, известкование, наличие в севообороте многолетних трав | - |
Агрохимические свойства | |||
Гумус | 2,0-2,5%; запас 60-70 т/га; соотношение Сгк:Сфг=1,1-1,2 | Органические удобрения 10-14 т/га севооборотной площади, многолетние травы в севообороте - 12-20% | 0,025 -0,036% гумуса от 10 т навоза в зависимости от структуры посевных площадей |
Содержание азота | Доступные формы азота (NO3 + NH/): содержание 3,0-4,5 мг/100 г почвы; запасы 100-220 кг/га; возможное потребление из почвенных ресурсов за вегетацию до 50-60 кг/га | На 1 га севооборотной площади: органические удобрения - 10-14 т; минеральные азотные удобрения - 90-100 кг; бобовые культуры | - |
Запасы подвижных фосфатов | 25-30 мг/100 г почвы (по Кирсанову) 600- 700 кг/га; возможное потребление из почвенных ресурсов за вегетацию до 60-70 кг | Органические, минеральные (фосфорные) удобрения с расчетом на создание положительного баланса | 40-45 кг Р2О5 в виде удобрений для смещения содержания элемента на 1 мг/100 г почвы |
Запасы обменного калия | 20-25 мг/100 г почвы; 500-550 кг/га; возможное потребление из почвенных ресурсов за вегетацию до 180-200 кг/га | Органические, минеральные (калийные) удобрения с расчетом на создание положительного баланса | 60-70 кг К2О в виде удобрений для смещения содержания элемента на 1 мг/100 г почвы |
Содержание микроэлементов, мг/кг почвы | Медь - 3-4, кобальт - 0,8-1,2, молибден - 0,2-0,4, бор - 0,5-0,6, цинк - 6,0-7,0 | Органические и микроудобрения | - |
Содержание подвижного магния | 10-12 мг/100 г почвы; 200-250 кг/га | Доломитизированные известняки | - |
Реакция почвенного раствора | рНKCl 6,0-6,5; рНH2 6,5-7,0; подвижный алюминий отсутствует; гидролитическая кислотность 1,5-2,0 ммоль/100 г | Известкование в расчете на нейтрализацию 0,75-1,0 гидролитической кислотности 1 раз в 4-5 лет | От 1 т качественных известковых материалов смещение pH в первый год на 0,15-0,2 на суглинистых почвах и на 0,2-0,35 - на супесчаных |
Состояние почвенного поглощающего комплекса | Сумма поглощенных оснований 8-12 ммоль/100 г; степень насыщенности основаниями 80-90%; соотношение поглощенных Са:К = 15-17 | То же | - |
Водно-воздушный режим | Коэффициент использования годовых осадков 0,6-0,7; запас продуктивной влаги в слое 0-50 см к началу вегетации 130-150 мм; число дней в году с оптимальным увлажнением 180-200; объемная масса 1,1-1,2 г/см3; порозность общая 50-55%; воздухоемкость 25-30% | Органические удобрения; рациональная система обработки почв (своевременное сохранение и накопление влаги); снижение деформирующего воздействия сельско-хозяйственных машин (переуплотнения почв) | - |
Биологические свойства | Высокая активность почвенных ферментов: инвертазы (более 1 мг глюкозы), полифенолоксидазы (свыше 3 мг пурпургалина), каталазы (более 1,3 мл кислорода); низкая активность пероксидазы, высокая нитрификационная способность | Органические и минеральные удобрения; известкование; обработка почвы, обусловливающая благоприятный водно-воздушный режим | - |