Сайфуллина Л.Б. Процессы гумусообразования в почве под
реклама
На правах рукописи Сайфуллина Лариса Борисовна Процессы гумусообразования в почве под различными элементами агроландшафта на южном черноземе Специальность: 06.01.03 – агропочвоведение, агрофизика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук Саратов – 2007 2 Работа выполнена в Государственном научном учреждении Научноисследовательский институт сельского хозяйства Юго-Востока Российской академии сельскохозяйственных наук Научный руководитель – доктор сельскохозяйственных наук, профессор Медведев Иван Филиппович Официальные оппоненты - доктор сельскохозяйственных наук, профессор Синицына Надежда Егоровна доктор сельскохозяйственных наук Бокарев Владимир Григорьевич Ведущая организация - ФГНУ Российский научно-исследовательский и проектно- технологический институт сорго и кукурузы Защита состоится 29 мая 2007 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д. 006.050.01. при ГНУ Научноисследовательском институте сельского хозяйства Юго-Востока Российской академии сельскохозяйственных наук Адрес: 410010, г. Саратов, ул. Тулайкова, 7, зал заседаний С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГНУ НИИСХ Юго-Востока РАСХН Автореферат разослан «_____» апреля 2007 г. Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук Ю.Е. Сибикеева . 3 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Природная и антропогенная эволюция почв становится важным направлением десятилетия исследований черноземы современного обеспечивали почвоведения. получение Многие высоких урожаев сельскохозяйственных культур. Возрастающее давление антропогенных факторов на почвенный покров, а также миграция климатических зон, связанная с глобальным потеплением климата, приводят к изменению качественных и количественных показателей потенциального плодородия почв. В современном аспекте плодородие понимается как специфическое свойство почвы, характеризующее накопленные энергию и информацию (генезис), которые используются экосистемами в процессе функционирования. Интенсивное использование распаханных почв, особенно в черноземной зоне, привело к их деградации. Более 65% всей пашни на черноземных почвах на современном этапе отнесены к разряду малоплодородных. Это одна из основных причин перевода их в длительную залежь. В условиях дефицита антропогенной энергии для стабилизации и повышения плодородия деградированных почв актуальным направлением становится использование малозатратных приемов, которые моделируют условия почвообразования, приближенные к естественному биоценозу. Однако эти вопросы, в силу малой изученности, требуют проведения дополнительных исследований. С учетом полученных данных появляется возможность разработать экологически обоснованные рекомендации по восстановлению и использованию черноземных почв с различным уровнем плодородия. Цель работы. Изучить современное состояние углеродного и азотного депо в почвенных профилях южного чернозема при различном 4 сельскохозяйственном использовании пашни и определить направленность его изменения. В соответствии с выбранным направлением исследований программой работ предусмотрено решение следующих задач: 1. Определить закономерности накопления углерода в условиях различного использования пашни; 2. Выявить основные факторы, влияющие на качественный состав углерода; 3. Изучить особенности формирования азотного фонда под различными элементами агроландшафта; 4. Выявить основные признаки деградации органического углерода и азота в условиях бессменного пара; 5. Определить направленность изменений в качественном составе углерода и азота под влиянием факторов интенсификации (севообороты, удобрения); 6. Выявить энергетические особенности гумусообразования под влиянием различных природных и антропогенных факторов. Достоверность научных результатов определялась использованием апробированных методик, применением математических методов статистического анализа, широкой апробацией результатов исследований на научных конференциях и в печати. Научная новизна. Впервые для условий южного чернозема получены опытные данные количественного и качественного изменения запасов органического углерода и азота в условиях различного сельскохозяйственного использования пашни. Определена степень влияния уровня поступления органического вещества в почву на запасы и трансформацию органических форм углерода и азота. Выявлена роль водного режима почвы, севооборотов, удобрений и механических обработок пашни в формировании углеродного и азотного запасов в почве. 5 Практическая значимость. С учетом ухудшения качественного состояния черноземных почв полученная информация позволит определить направленность изменения плодородия почв, разработать рекомендации по его восстановлению и на этой основе совершенствовать процесс организации территории и приемы повышения продуктивности биоценозов. Основные положения, выносимые на защиту: 1. Интенсивное сельскохозяйственное использование пашни приводит к снижению содержания валовых форм углерода и азота в южном черноземе; 2. Ежегодное поступление свежего органического вещества в почву активизирует накопление в ней углерода и азота; 3. Максимальные потери валового углерода и азота отмечаются при «бессменном» паровании пашни и под слабоэродированной пашней полевого севооборота; 4. Групповой и фракционный состав валового углерода и азота определяется количеством и качеством поступившей в почву растительной биомассы; 5. Свежее органическое вещество снижает, а интенсивные механические обработки почвы повышают консервативность азота почвы; 6. Удобрения за счет повышенного уровня выноса питательных элементов с урожаем увеличивают консервативность азота; Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных, Всероссийских и региональных научно-практических конференциях 2003-2006 гг. в г. Курске, Белгороде, Омске , Ставрополе, Саратове. Реализация результатов исследований. Результаты проведенных исследований апробированы в Экспериментальном хозяйстве, Аркадакской опытной государственной сельскохозяйственной станции ГНУ НИИСХ Юговостока, ООО «Балашов – зерно», КФК «Вагнер К.К.» Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных статей. 6 Объем и структура работы. Диссертация изложена на 175 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 6 глав, выводов и предложений производству, включает 35 таблиц, 18 рисунков, имеет 18 приложений. В список литературы входят 250 источников, в том числе 25 зарубежных авторов. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Условия, схема и методика проведения исследований. Опыты проводились в Экспериментальном хозяйстве ГНУ НИИСХ Юго-востока Саратовского района Саратовской области в течение 2000-2006 гг. Район проведения исследований характеризуется высокими термическими ресурсами, дефицитом атмосферных осадков и сухостью воздуха. Среднегодовое количество атмосферных осадков составляет 451 мм, в отдельные годы - от 200 до 715 мм. Наибольшее количество осадков выпадает в теплую часть года (около 300 мм). Гидротермический коэффициент за май-июль составляет 0,8 - 1,0. Изменившиеся за последние десятилетия климатические условия сказываются на общей биологической продуктивности почв и процессах почвообразования. Почва опытных стационаров - чернозем южный среднегумусный легкоглинистый на четвертичных отложениях, обладает невысоким содержанием минеральных элементов, доступных для питания растений. Содержание гумуса в южных черноземах достигает 4 - 5%, мощность гумусового горизонта – от 45 до 50 см. Работа выполнялась на опытах отделов земледелия, защиты почв от эрозии по следующей схеме: 1.«Некосимая» залежь, 60 лет, 2.«Косимая», 60 лет, 3.«Бессменный» пар, 45 лет, 4. Лесная полоса, 60 лет, 5. Слабоэродированная пашня полевого севооборота, а также в отделе плодородия на длительном стационарном опыте с удобрениями в 4-5-6-ой ротациях 7 шестипольного севооборота по следующей схеме: 1. контроль без удобрений 2. Навоз, 30 т; 3. N300. Все агротехнические приемы поддержания нормального функционирования агробиоценозов в опытах носили зональный характер. Исследования проводили согласно общепринятым методикам (Тюрин И.В., Доспехов Б.А., 1979,1987). Определение нитратного азота проводили потенциометрическим методом на иономере; валовый гумус - по методу Тюрина в модификации ЦИНАО, групповой состав гумуса - по ускоренной методике М.М. Кононовой, Н.П. Бельчиковой, (1963), содержание общего азота в почве - по методу Кьельдаля, его структурный состав - по Э.И. Шконде, Е.И. Королевой, (1964; 1965). Биологическую продуктивность определяли методом учетной делянки в пятикратной повторности по каждому варианту. Биоэнергетическую оценку опытных данных осуществляли в соответствии с методиками энергетической оценки в сельском хозяйстве, предложенными В.М. Володиным, Р.Ф. .Ереминой, (1999); М.М. Северновым (1991) и др. Математическую обработку экспериментальных данных проводили методами корреляционного и дисперсионного анализа с использованием компьютера по Б.А. Доспехову (1985). Экологические условия формирования углерода на черноземных почвах Поволжья. Слабо адаптированные к местности в условиях экономической нестабильности безвозвратные системы земледелия усиливают естественные процессы, доводя их до уровня негативных явлений. Из большого перечня экологических факторов, понижающих биологическую продуктивность биоценозов, следует выделить процессы эрозии, дегумификации, физической деградации, подкисления и опустынивания почв. Их активность корректирует формирование и распределение органического вещества по профилю почвы. 8 Миграция и распределение запасов органического углерода в почве под различными агробиоценозами. Уровень углерода в почве определяется как генезисом, так и ежегодным поступлением свежего органического вещества в почву. Максимальное количество поступающего с биомассой углерода, отмеченное для лесного фитоценоза, объясняется объемом растительного опада. Преимущественная аккумуляция азота наблюдалась в продукции агроценоза, которая в основном отторгается с поля. Содержание этого элемента в зерне и соломе было соответственно в 29 и 3,0 раза выше, чем в сене и листве деревьев. Качественный состав органической массы фитоценозов в комплексе с другими экологическими факторами имеет определяющее значение для содержания и послойного распределения углерода в почве (рис.1). 300 Углерод, т/га 250 200 150 100 50 0 Не косимая залежь Косимая залежь 0-50 см Лесополоса 50-150 см Бессменный пар Эродированная пашня 0-150 см Рис. 1. Запас углерода в почвенном профиле по слоям под различными сельскохозяйственными фонами В среднем по почвенным профилям повышенное содержание углерода отмечается до глубины 50 см., ниже оно резко убывает. Под "некосимой" залежью относительное содержание углерода в 1,5 м профиле почвы достигает 1,8%, "косимой" - 1,3%, лесной полосой -1,7%, 9 «бессменным» паром – 1,2%, слабоэродированной пашней полевого севооборота -1,1% при НСР05 равный 0,06%. Под «бессменным» паром и слабоэродированной пашней полевого севооборота содержалось на 23,8% меньше общего углерода, чем под залежными и лесным ценозами. До глубины 50 см под залежными и лесным фитоценозами в среднем содержалось 60,8% всего углерода, а под агроценозами («бессменный» пар, слабоэродированная пашня) - 54,8%. В нижней части профиля (50-150 см) соответственно 39,2 и 45,1%. Запас углерода в верхней части профиля (А0+(0-50 см) составил под «некосимой» залежью 163,3 т/га (63,8% от его содержания в 1,5 м слое), под «косимой» – 144,5 т/га (66,3%). С учетом горизонта А0 под «некосимой» залежью запас углерода составил 256 т/га, а под «косимой» – на 14,91% ниже. В почвенном профиле под лесной полосой общее содержание углерода было на 18,1 т/га или на 7,1% выше, чем в профиле под «некосимой» залежью. По запасам общего углерода в 150 см слое почвы «бессменный» пар и пашня полевого севооборота находились на одном уровне (202 т/га). Изменение группового состава почвенного углерода под элементами агроландшафта. Структурный состав углерода изученного почвенного профиля под «некосимой» залежью имеет следующую структуру: углерод гуминовых кислот составляет 21,6%, фульвокислот – 15,6%, негидролизуемого остатка – 62,9%. Соотношения между углеродом гуминовых и фульвокислот достигает показателя 1,4, что характерно для ненарушенных почв (рис.2). Разложение большого количества надземной биомассы на «некосимой» залежи благоприятствует аккумуляции всех групп углерода. В слое почвы 050 см Снег.ост. составил 90,6 т/га (59,9% от общих запасов углерода слоя), СГК 10 – 38,5 т/га (25,6%); СФК – 21,8 т/га (14,5%). При этом отношение между Сгк и Сфк достигает величины 1,8. По мере увеличения глубины (50-150см) доля углерода негидролизуемого остатка и фульвокислот возрастает (64,5 и 18,5%), а углерода гуминовых кислот падает (16,9%). Отчуждение растительной биомассы («косимая» залежь, слабоэродированная пашня полевого севооборота) приводит к расширению отношения Сгк/ Сфк по всему профилю. На этих вариантах происходит нарастание консервативности общего углерода. Под «бессменным» паром также наблюдается расширение отношения Сгк/ Сфк, но при этом консервативность углерода возрастает только в нижней части профиля. Рис.2 Групповой состав углерода почвы под различными сельскохозяйственными фонами, % от Собщ. По аккумуляции углерода структурных групп слой почвы 0-50см под лесной полосой близок к «некосимой залежи». Уменьшение углерода гуминовых кислот по сравнению с «некосимой» залежью составило 4,7%, а абсолютное содержание СФК на вариантах одинаково. Отношение между ними составляет 1,8. Увеличение запасов углерода в слое 50-150 см связано в основном с повышенным накопление Снегидр.ост.. Его прирост по сравнению аналогичным слоем под «некосимой» залежью составил 18,9 т/га или 32,0%. с 11 Под лесным биоценозом отмечался рост на 4,1 т/га или 26,1%. запасов углерода гуминовых кислот. Запасы углерода фульвокислот снижались на 2,8 т/га или 16,3%, что вызвано высокой миграционной способностью этих органических кислот. Отношения Сгк/Сфк в слое 50-150 снижается до 1,3. В среднем по профилю этот показатель равен 1,1 (табл.1). Таблица 1 Групповой состав общего углерода в почве под различными элементами агроландшафта, т/га Способ использования пашни «Некосимая» залежь «Косимая» залежь «Бессменный» пар Слабоэродированная пашня Лесная полоса Слой почвы,см Групповой состав углерода СГК СФК Снегидр.ост. А0 0 – 50 50-150 А0+(0-150) А0 0 – 50 50-150 А0+(0-150) 0 – 50 50-150 0-150 0 – 50 50 – 150 0-150. 1,0 38,6 15,7 55,2 1,1 36,1 7,2 44,5 31,3 13,3 44,6 27,3 13,3 40,6 1,0 21,8 17,2 39,9 0,3 16,6 6,0 22,9 12,6 11,6 24,2 11,2 7,7 18,8 10,4 90,6 59,9 160,9 3,3 86,9 60,2 150,5 66,2 67,0 133,2 74,2 68,9 143,1 А0 0 – 50 50 – 150 А0+(0-150) 2,7 36,8 19,8 59,2 6,6 21,8 14,4 42,7 3,6 89,8 78,8 172,2 Полученные данные показали, что до глубины 50 см под «некосимой» залежью аккумулируются 71,7% запасов СГК и 57,0% Сфк, под «косимой»соответственно 83,6 и 73,8%, «бессменным» паром - 71,2 и 52,1%, под слабоэродированной пашней - 67,2 и 59,6% и лесной полосой – 66,72 и 66,5%. Максимальные запасы углерода гуминовых и фульвокислот отмечены в полном профиле под «некосимой» залежью (55,2, и 39,9 т/га) и лесной 12 полосой (59,2 и 42,7 т/га). Под «косимой» по сравнению с «некосимой» залежью запасы углерода гуминовых и фульвокислот снизились соответственно на 19,4 и 42,6%, а под «бессменным» паром на -19,2 и 39,3%. В слабо эродированной почве Сгк и Сфк содержалось на 9,0% и на 22,3% ниже, чем в почве «бессменного» пара. Фракционный состав гуминовых и фульвокислот. По всем вариантам опыта содержание по профилю почвы и динамика изменений по фракциям состава углерода гуминовых и фульвокислот имели достоверные различия в пределах 0,006-0,024% при точности опыта 1,2-2,4%. Абсолютные запасы углерода характерной для черноземов фракции «черных» гуминовых кислот (ЧГК или ГК2) под «некосимой» залежью составляли 49,5 т/га; под «косимой» - 40,6 т/га; лесной полосой – 54,8; «бессменным» паром – 40,8; слабоэродированной почвой – 38,1 т/га. Доля ГК2 в составе гуминовых кислот составляла под «некосимой» залежью 89,5%; «косимой» - 91,3; «бессменным» паром - 91,5; слабоэродированной пашней – 93,8 и 92,7% - под лесополосой. До глубины 50 см под «некосимой» залежью» было аккумулировано 72,37% СГК2 от общих профильных запасов; под «косимой» - 85,9; «бессменным паром» - 74,3; слабоэродированной пашней - 68,4; лесополосой – 62,3%. Под изучаемыми вариантами фракция СГК1 присутствовала по всему почвенному профилю. Послойное определение указывает на преимущественное накопление ее под «некосимой залежью» (5,7т/га). Показатель имел близкие значения для «косимой» залежи и «бессменного» пара: соответственно 3,9 и 3,8 т/га, минимальное - в профиле слабоэродированной почвы (2,5т/га). По сравнению с «некосимой» залежью под лесополосой отмечалось снижение уровня содержания СГК1 по всему почвенному профилю. Максимальная аккумуляция фульвокислот отмечена под «некосимой» залежью и лесным вариантом. В почвенном профиле «некосимой» залежи 13 содержалось 18,0 т/га углерода Сфк1 и 21,9 т/га Сфк2,, а под лесным биоценозом соответственно - 13,3 и 29,4 т/га. Биоценоз с неразомкнутым круговоротом органического вещества формировал повышенное абсолютное и относительное содержание СФК1 до глубины 50 см (12,8 т/га и 70,3% от запасов профиля). Для СФК2 было характерно увеличение запасов углерода в нижней части профиля (12,0 т/га и 54,7%). Под «косимой» залежью по сравнению с «некосимой» в слое 0-50 см наблюдалось уменьшению запасов СФК2 на 61,1%, а СФК1 на 20,2%. В нижней части профиля потери СФК1 увеличились до 83,5%. Под «бессменным» паром в сравнении с «некосимой» залежью в верхней части профиля отмечалось значительное (61,5%) уменьшение содержания фракции СФК1, а под слабоэродированной пашней - СФК2 в нижнем метровом слое (на 71,7%). Особую группу гумусовых соединений представляют лабильные органические вещества (ЛОВ), уровень формирования которых тесно связан с поступающими в почву органическими остатками. Наиболее активно лабильные органические вещества образовывались под залежами и лесным фитоценозом. ЛОВ неравномерно распределялись по профилю почвы. Под «некосимой» залежью -69,2%; «косимой» залежи 70,3%, под лесной полосой -71,8% от общих запасов размещались до глубины 50 см почвы. Под слабоэродированной пашней содержание ЛОВ было на 54,0% ниже, чем под «некосимой» залежью, под «бессменным» паром - на 48,1%. Влияние удобрений на качественный состав углерода. Длительное воздействие (18 лет) удобрений на почву в севообороте привело к значительным изменениям в структурных запасах углерода почвы (табл. 2). Возделывание сельскохозяйственных культур в шестипольном зернопаровом севообороте оказало незначительное влияние на содержание общего углерода в верхнем (0-40 см) слое почвы. Различия между 4-ой и 6 ой 14 ротациями по содержанию углерода на контрольном варианте составили 3,4%. В более глубоких слоях почвы (40-100 см) различия в содержании общего углерода между 4-ой и 5-ой ротациями достигли 21,0%, а между 5-ой и 6-ой ротациями - 12,2%. В среднем по метровому профилю увеличение между 4-ой и 6-ой ротациями достигло 12,7%. Основная причина – миграция по профилю почвы подвижных фракций углерода с атмосферными осадками. Групповой и фракционный состав углерода под удобренными вариантами определялся уровнем ГТК, количеством и качеством поступающей в почву органики, уровнем увлажнения и активностью механических обработок почвы. Таблица 2 Влияние длительности применения удобрений на содержание общего углерода в метровом почвенном профиле, % от почвы Слой почвы, см 0-40 40-100 0-100 4 5 6 Без удобрений 2,35 2,23 2,27 0,95 1,15 1,29 1,50 1,58 1,69 Конец ротации 4 5 6 N300 2,36 2,22 2,32 0,85 1,10 1,25 1,46 1,55 1,68 4 5 6 30 т навоза/га 2,38 2,20 2,33 1,28 1,70 Дополнительное поступление азота и углерода за счет удобрений на фоне колебания значений ГТК увеличивает степень их возврата в почву. Внесение азотных удобрений не способствовало оптимизации группового состава углерода. На протяжении трех ротации по сравнению с неудобренным контролем отмечалось снижение содержания Сгк: в 4-ю ротацию на 1,4 в 5-ю на 1,7 в 6-ю - на 1,4 т/га и соответствующее по ротациям изменение содержания СФК на (+1.8); (–1,3) и (+1,3) т/га. Отмечался прогрессирующий рост негидролизуемого остатка: с 0,3 т/га в 4-ю ротацию; до 2,0 т/га в 6-ю ротацию. На органическом фоне, также как и на минеральном, отмечалось снижение запасов Сгк. По сравнению с неудобренным вариантом запасы Сгк снижались в 4-ю ротацию на 0,8 т/га, 5-ю на 1,4 т/га и в 6-ю на 2,1 т/га. 15 Содержание СФК под вариантом с внесением навоза увеличивалось от ротации к ротации. На контрольном варианте от 4 - ой к 6 –ой ротации отмечается заметная тенденция снижения запасов негидролизуемого остатка, а на удобренных – повышение его к концу 6 –ой ротации. Соотношение СГК/СФК на варианте без удобрений колеблется в незначительных пределах: от 2,3 в 5-ю ротацию до 2,7 в 4-ю и 6-ю. Под вариантом с органическими удобрениями этот показатель соответствовал 2,0; а под минеральной составлял 2,7. В острозасушливых условиях наблюдалось повышенное накопление СЛОВ. (на 28,1%). Минеральные и органические удобрения в среднем на 12,8% усиливали минерализацию лабильного органического вещества. Валовой азот и его структурный состав. Статистическая обработка экспериментальных данных по валовому азоту и его фракциям в абсолютных и относительных показателях установила существенные различия по профилю почвы и вариантам опыта на 5% уровне значимости. Максимальное количество валового азота (23,9 т/га) содержалось в почве под лесной полосой, а минимальное - под вариантами интенсивно используемой пашни (табл. 3). В среднем по всем вариантам 69,2% запасов профильного азота аккумулировалось в 0-50 см слое почвы. Наиболее узкое отношение С/N наблюдалось в почвенном профиле под слабоэродированной пашней, наиболее широкое - под «бессменным паром» и «некосимой» залежью. В структурном составе валового азота нитраты занимали 0,3%, легкогидролизуемая фракция - 6,8%, трудногидролизуемая - 12,5% и негидролизуемая - 80,1%. Максимальное содержание легкогидролизуемой фракции в структуре азота отмечалось под «некосимой» залежью (8,6%), минимальное - под лесной полосой (5,7%). В среднем по всем вариантам 66,8% 16 общепрофильного запаса легкогидролизуемого азота было сосредоточено в верхнем 0-50 см. слое почвы. В слое 50-150 см валовый азот содержал в своем составе большую долю фракции, чем верхняя часть профиля. Минеральные и органические удобрения стабильно увеличивали запасы легкогидролизуемой фракции и снижали запасы труднолизуемой. Темпы этого процесса росли по мере увеличения длительности применения удобрений. Таблица3 Валовой и структурный состав почвенного азота под различными элементами агроландшафта. Слой почвы Нитратный азот А0 0 - 50 50 – 150 0,5 0,05 0,3 А0 0 - 50 50 – 150 0,7 0,1 0,3 0 – 50 50 – 150 0,4 0,7 0 - 50 50 – 150 0,48 0,43 А0 0 - 50 50 – 150 3,8 0,2 0,4 Фракции общего азота, % Легкогидр. Трудногидр. Негидролиз. азот азот азот «некосимая» залежь 11,6 6,8 81,5 8,1 11,4 80,4 6,0 15,0 78,6 «косимая» залежь 11,1 19,3 69,7 7,7 13,7 78,4 3,8 16,0 79,9 «бессменный» пар 8,3 9,9 81,4 6,1 15,5 77,7 Слабоэродированная пашня 8,17 9,36 81,99 6,93 16,61 76,03 Лесная полоса 6,6 9,4 80,2 6,7 9,9 83,2 3,8 11,6 84,2 Общий азот, кг/га 1030 12970 7970 310 12060 7070 8600 8070 10040 6920 1060 12270 10610 . *Достоверно на 5% уровне значимости В среднем по удобренным вариантам за три ротации севооборота содержание легкогидролизуемого азота увеличилось на 155 кг/га, а трудногидролизуемого и негидролизуемого снизилось соответственно на 27,0% и 6,5% Влияние удобрений на продуктивность. Применение азотных удобрений увеличило продуктивность зернопарового севооборота на 0,9 т к.ед/га или 34,6%, а органических - на 0,6 т к.ед./га или 23,2% (табл.5). 17 Установлена средняя корреляционная связь (r = 0,59-0,60) между уровнем полученной продуктивности на различных вариантах опыта и ГТК. В годы с уровнем ГТК=0,9 от внесения азотных удобрений получена прибавка 1,0 т к.ед/га или 31,2%. При уровне ГТК =0,7 она снизилась на 26,2% На варианте с органическими удобрениями в благоприятные годы она составила 0,7 или 21,8%, а в сухие годы снизилась на 28,2%. В среднем за три ротации севооборота на азотном варианте получена прибавка 0,9 т к.ед/га или 28,1%, а на варианте с внесением навоза - 0,6 т к.ед/га или 18,7%. Таблица 5 Влияние удобрений на продуктивность сельскохозяйственных культур в 6-польном зернопаровом севообороте, (т к.ед.) Ротации севооборотов 1987-1992 (4) 1993-1998 (5) 1999-2004 (6) В среднем (1987-2004) ГТК 0,7 0,7 1,0 0,8 Контроль 3,2 2,1 2,6 2,6 Удобрения N300 4,2 3,2 3,0 3,5 30 т навоза 3,9 2,8 3,0 3,2 Продуктивность севооборота на слабоэродированной почве была на 0,2 т/га или 7,7% ниже, чем на неэродированной. Изменение энергопотенциала почвы в процессе интенсивного использования пашни. Поступление свежего органического вещества в почву оказывает положительное влияние на активность гумусообразования или энергозапасы почвы. Чем выше продуктивность сельскохозяйственных культур и чем большая часть урожая отчуждается, тем в большей степени нарушается нормальный баланс гумуса и круговорот элементов питания растений. Под «некосимой» залежью и лесной полосой в 1,5 метровом профиле почвы аккумулировалось соответственно 10146,7 и 10052,2 ГДж/га. При разомкнутом кругообороте органических веществ энергопотенциал почвы под «косимой» по сравнению с «некосимой» 18 залежью снизился на 14,9%. «Бессменный» пар и слабоэродированная почва имеют самый низкий энергопотенциал 1,5 м слоя почвы (8005,8 и 7994,3 ГДж). Энергопотенциал почвы на удобренных вариантах как в 0-40 см, так и в метровом слое почвы, был ниже, чем на варианте без удобрений. Выводы 1. Основными факторами, влияющими на относительное и абсолютное содержание углерода в почве, являются количество и качество поступающей органики, а также тип водного режима и уровень антропогенного воздействия на почву. 2. Наиболее благоприятные экологические условия для накопления углерода складываются на экстенсивных по уровню использованию пашни фонах (под «некосимой» залежью и лесной полосой). В среднем запасы углерода в 1,5 м профиле почвы этих фонов были на 20,4% выше, чем под полевым севооборотом, «косимой» залежью и «бессменным» паром. 3. Максимальные запасы гуминовых и фульвокислот в почвенном профиле (0-150 см) отмечены под «некосимой» залежью» и лесным фитоценозом. Отчуждение надземной биомассы («косимая» залежь, слабоэродированная пашня) приводило к снижению на 19,6 и 42,6% гуминовых и фульвокислот, а на «бессменном» пару и слабоэродированной пашне - соответственно на 19,2%- 39,3% , 26,6 и 46,5%. 4. В условиях засухи в слое почвы (0-40см) формировались повышенные запасы СЛОВ. При ГТК =1 содержание ЛОВ в почве падает, что связано с повышенным урожаем и усилением миграционных процессов в почве. Внесение удобрений приводит к снижению запасов ЛОВ, что, повидимому, связано с более высоким уровнем микробиологической деятельности, чем на варианте без применения удобрений. 19 5. Максимальное количество валового азота в 1,5 м профиле (23,9 т/га) отмечено под лесным фитоценозом. «Некосимая» залежь и варианты с разорванным кругооборотом органических веществ соответственно накопили на 13,3% и 29,4% ниже, чем в почве под лесным ценозом. В структурном составе валового азота почвы в среднем по опытным вариантам нитраты занимают 0,3%, легкогидролизуемый - 6,8%, трудногидролизуемый - 12,5% и негидролизуемый - 80,1%. В среднем по вариантам 69,2% запасов профильного азота аккумулировалось в 0-50 см слое почвы. Наиболее узкое отношение между углеродом и азотом наблюдалось в почвенном профиле под слабоэродированной почвой, наиболее широкое под «бессменным паром и «некосимой» залежью. Удобрения, по сравнению с контролем, не оказали заметного влияния на перераспределение азота и на отношение С/N. 6.Максимальная обогащенность общего азота легкогидролизуемой фракцией отмечена на «некосимой» залежи, минимальная - под лесной полосой. В среднем по всем вариантам 66,8% общепрофильного запаса легкогидролизуемого азота было сосредоточено в верхнем 0-50 см. слое почвы, а трудногидролизуемой - в нижнем (50-150 см). 7. Наиболее консервативным азот оказался в почве под лесной полосой (84,2% составил негидролизуемый остаток), наименее - под косимой залежью (76,1%). На слабоэродированной пашне, под «бессменным» паром и «некосимой» залежью отмечалось снижение доли негидролизуемого остатка в составе общего азота в нижней части профиля. 8. Минеральные и органические удобрения стабильно увеличивали запасы легкогидролизуемой фракции и снижали содержание трудногидролизуемой. В среднем по удобренным вариантам за 3 ротации севооборота содержание легкогидролизуемого азота увеличилось на 155 кг/га, а 20 трудногидролизуемого и негидролизуемого снизилось соответственно на 27,0% и 6,5% Чем выше вынос питательных элементов с урожаем, тем ниже уровень содержания в почве легкогидролизуемой фракции азлта. 9. В условиях южного чернозема на продуктивность культур и эффективность удобрений в севообороте большое влияние оказывали погодные условия, складывавшиеся в вегетационный период. Более высокая эффективность удобрений получена на варианте с внесением минерального азота. По сравнению с органическими удобрениями эта прибавка составила 0,3 т к.ед или 11,5%. Энергопотенциал почвы под различными биоагроценозами определяется, прежде всего, количеством поступающей свежей органики в почву и особенностями водного режима почвы. Максимальный энергопотенциал сформировала «некосимая» залежь(10146,7 ГДж/га) и лесная полоса (10052,2 ГДж/га), минимальный «бессменый» пар (8005,8 ГДж/га) и слабоэродированная пашня полевого севооборота (7994,3 ГДж/га). Рекомендации производству 1 Полученные данные следует использовать в проектных разработках при оптимизации организации территории и проектировании систем земледелия. Регулирование уровня возврата в почву органического вещества на пашне с различным способом сельскохозяйственного использования позволит научно обосновать приемы восстановления почвы до уровня, когда полученный урожай на этой площади будет экономически обоснованным. 2. В целях повышения эффективности систем удобрений в севообороте полученные данные можно использовать для обоснования схемы размещения сельскохозяйственных угодий и культур, разработки систем удобрений, использование которых позволят не только получить высокую 21 продуктивность, но и стабилизировать почвенное плодородие южных черноземов. СПИСОК НАУЧНЫХ ТРУДОВ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Чуб М.П. Оптимизация систем удобрения в засушливом Поволжье / М.П. Чуб, Э.С. Гюрова, Н.В. Потатурина, К.М. Жанабеков, Л.Б. Сайфуллина // Агрохимия. - 2000. -№6. – С.24-35. 2. Медведев И.Ф. Роль противоэрозионных лесных полос в регулировании плодородия черноземных почв Поволжья / И.Ф. Медведев, В.Н. Власовец, В.А. Гусев, Л.Б. Сайфуллина // Системы воспр-ва плодородия почв в ландшафтном земледелии. - Белгород, 2002. – С.131-134. 3. Медведев И.Ф. Деградация, охрана и восстановление черноземов Поволжья / И.Ф. Медведев, Л.Б. Сайфуллина, С.В. Каземиров // Модели и технология оптимизации земледелия. - Курск, 2003. - С.161-164. 4. Медведев И.Ф. Состояние азотного фонда черноземных почв Саратовской области / И.Ф. Медведев, Л.Б. Сайфуллина, С.В. Каземиров // Вавиловские чтения – 2003: материалы межрегион. науч.-практ. конф. молодых ученых и спец. системы АПК 5 5. Азизов З.М. Послойное содержание гумуса в черноземах засушливой степи Поволжья в связи с длительным воздействием приемов основной обработки почвы и удобрений / З.М. Азизов, Л.Б. Сайфуллина // Вавиловские чтения – 2004: материалы науч.-практ. конф., посвящ. 117-й годовщине со дня рождения акад. Н.И. Вавилова.– Саратов, 2004. – С.10-13. 6. Азизов З.М. Содержание гумуса в черноземах засушливой степи Поволжья в связи с длительным воздействием приемов основной обработки почвы и удобрений / З.М. Азизов, Л.Б. Сайфуллина, А.М. Косачев // Земельные отношения на современном этапе: пробл., пути решения. – Оренбург, 2004. – С.203-207. 22 7. Сайфуллина Л.Б. Агробиоценоз и качественный состав гумуса / Л.Б. Сайфуллина, И.Ф. Медведев, Ю.Ф. Курдюков, Т.В. Демьянова // Вавиловские чтения – 2004: материалы науч.-практ. конф., посвящ. 117-й годовщине со дня рождения акад. Н.И. Вавилова. – Саратов, 2004. – С. 6-7. 8. Демьянова Т.В. Роль химико-аналитических работ в научноисследовательской деятельности Сайфуллина, О.А Воронцова института / Т.В Демьянова, Л.Б. // Повышение эффективности использ. агробиоклиматического потенциала юго- вост. зоны России. –Саратов, 2005. – С. 294-298 9. Медведев И.Ф. Процессы деградации черноземных почв и продуктивность зерновых культур / И.Ф. Медведев, И.И. Рябова, Л.Б. Сайфуллина, С.В. Каземиров // Пробл. борьбы с засухой: материалы междунар. науч.-практ. конф. – Ставрополь, 2005. – Т.1. - С.356-361. 10. Чуб М.П. Влияние длительного применения удобрений на азотный режим южного чернозема засушливого Поволжья / М.П. Чуб, Н.В. Потатурина, В.В. Пронько, Л.Б. Сайфуллина // Агрохимия. - 2005. - №10. – С. 5-12. .