Агроэкологическое обоснование систем применения удобрений в севооборотах на дерново-подзолистых супесчаных и песчаных почвах (21.09.2009)

Автор: Лукин Сергей Михайлович

Севооборот

Без удобрений 8287 14154 15,7 67,5 5,8 104,5 1,7 4065

Навоз 20 т/га 16347 18080 18,9 83,6 24,1 282,5 1,1 4383

Навоз 10 т/га + N50Р25К60

N100Р50К120 18080 24709 18,6 92,7 25,6 169,5 1,4 6693

Коэффициент минерализации азота (КАА/МПА) при использовании органической системы удобрений составил 1,1, органоминеральной – 1,2, минеральной – 1,4, в варианте без удобрений – 1,7, в бессменном чистом пару – 1,9, что свидетельствует, с одной стороны, о более интенсивном разложении органического вещества при использовании минеральных удобрений, а с другой, об истощении легкодоступных источников органического азота в почве бессменного чистого пара варианта без удобрений. Об этом также говорит более низкое количество микроорганизмов в расчете на 1 г углерода в чистом пару и без удобрений и самое высокое – при внесении N100Р50К120.

Важнейшим показателем биологического состояния почв является их ферментативная активность. Наряду со структурным анализом комплекса почвенных микроорганизмов, она позволяет судить о направленности трансформации органического вещества почв, устойчивости его к антропогенным воздействия. Определение активности дыхания микроорганизмов показало, что интенсивность выделения СО2 при использовании органической и органоминеральной систем удобрений была в среднем в 1,5 раза выше, чем в бессменном чистом пару и в 1,4 раза выше, по сравнению с вариантом без удобрений. При использовании минеральных удобрений интенсивность дыхания почвы увеличилась на 23-30 %.

Отмечается тесная зависимость активности полифенолоксидазы с содержанием в почве гумуса. Максимальная активность полифенолоксидазы наблюдалась при использовании органической и органоминеральной систем удобрений. Минимальной активностью полифенолоксидазы характеризовалась почва бессменного чистого пара, а также при использовании минеральной системы удобрений.

Наиболее высокие значения инвертазной активности в почве отмечены при использовании органоминеральной и минеральной систем удобрений. Активность инвертазы хорошо коррелировала с целлюлозолитической активностью почвы. Наибольший процент разложения ткани наблюдался при использовании органоминеральной системы удобрений.

Применение органических удобрений способствовало резкому увеличению активности уреазы, участвующей в гидролизе органических соединений азота. Пик уреазной активности приходился на первую половину вегетации, когда в почве начинается разложение поступивших с навозом органических веществ. Применение минеральных удобрений ингибировало активность этого фермента

Одним из важнейших параметров биологического состояния почв является несимбиотическая азотфиксация азота свободноживущими микроорганизмами. Установлено, что в зависимости от сроков отбора проб, уровня применения удобрений потенциальная активность несимбиотической азотфиксации колебалась от 0,01 до 238,9 мкмоль С2Н2/100 г в сутки или 0,0009 до 22,2 мг N2/кг почвы в сутки. Сильное ингибирование процесса азотфиксации наблюдалось при использовании повышенных доз азотных удобрений. Действие навоза на процессы азотфиксации было неоднозначным. В 2001 г. внесение свежего навоза с высоким содержанием аммиачного азота под картофель и дефицит влаги во вторую половину вегетации привели к снижению азотфиксирующей способности почвы, однако в большинстве случаев, при использовании органической системы удобрений активность азотфиксации была выше, чем без удобрений.

При соотношении потенциальной и полевой активностей азотфиксации 30:1 (Умаров М.М.,1986) расчетное поступление азота в результате несимбиотической азотфиксации может составить в бессменном чистом пару 0,14 кг/га в сутки, в севообороте: без удобрений – 0,20 кг/га, навоз 20 т/га – 0,23 кг/га, навоз 10 т/га + N50P25K60 – 0,18 кг/га, N100P50K120 - 0,10 кг/га в сутки или, соответственно, 26,2; 36,1; 42,8; 33,3 и 17,8 кг/га за вегетационный период.

Активность денитрификации своего максимума достигает при использовании минеральной системы удобрений в начале, а органической и органоминеральной – в середине вегетационного периода, когда в почве накапливается наибольшее количество минерального азота. В зависимости от вида возделываемых культур и вида удобрений расчетные потери азота в результате денитрификации колебались от 13,3 до 26,1 кг/га в год. В среднем по севообороту расчетные потери азота в результате денитрификации без применения удобрений составили 16,1 кг/га, при внесении удобрений – 21,8-23,8 кг/га или 22-24 % от внесенной дозы (табл. 24).

Таблица 24. Влияние систем удобрений на ферментативную активность дерново-подзолистой супесчаной почве (в среднем за вегетацию)

Вариант Активность

целю-лозоли-тическая (% раз-ложения ткани за 1 мес.)

С-СО2, мг/100 г почвы

в сутки полифе-нолокси-дазы, мг пурпуро-галлола

/100 г почвы за 30 мин инвертазы, мг глюко-зы/1 г почвы в сутки уреазы, мг NН3/100 г почвы в сутки денит-рификации

мкг N-N2О/100 г в сутки несим-биотической азотфи-ксации, мг N2/кг почвы в сутки

Бессменный чистый пар Не опр. 0,33 4,95 4,6 4,3 16,3 1,43

Севооборот

Без удобрений 34,9 0,35 5,27 5,4 7,9 16,1 1,97

Навоз 20 т/га 38,0 0,48 7,80 6,8 15,2 21,8 2,34

Навоз 10 т/га +N50Р25К60 42,5 0,48 7,85 8,2 14,2 22,6 1,82

N100Р50К120 38,3 0,43 4,32 7,8 6,4 23,8 0,97

Энергоэкономическая оценка эффективности систем удобрений

Расчет затрат энергии на возделывание культур показал, что в совокупных энергозатратах доля затрат на производство и применение удобрений составляет, в зависимости от вида культур и доз удобрений от 8 до 61 %. В среднем по севообороту при внесении удобрений из расчета N50Р25К60 затраты на использование удобрений составляют 18-19 % общих затрат, N100Р50К120 – 30-32 %, N150Р75К180 – 39 %.

Применение удобрений увеличивало накопление энергии в урожае на 16,38-36,17 ГДж/га и энергопотенциал почвы на 38,38-205,87 ГДж/га. Использование удобрений повышало коэффициент энергетической эффективности удобрений на 0,09-0,41 ед. Наиболее высоким коэффициентом энергетической эффективности характеризовалось выращивание культур при использовании умеренных доз удобрений. С увеличением доз удобрений энергетическая эффективность их возделывания снижалась. Энергетическая эффективность использования органической системы удобрений была на 0,09-0,15 ед. ниже, по сравнению с органоминеральной и минеральной. При сложившихся в 2008 году ценах на сельскохозяйственную продукцию и удобрения применение удобрений под зерновые культуры было экономически оправданным только при внесении их в умеренных дозах. Однако на картофеле даже при внесении повышенных доз удобрений рентабельность их использования превышала 300 %. В среднем по севообороту наибольшая прибыль (14,1 тыс. руб/га) получена от использования органоминеральной системы удобрений навоз 10 т/га + N50Р25К60 .

1. Результаты 34-летнего длительного стационарного опыта по сравнительной оценке различных систем удобрений показали, что при выравненности по элементам минерального питания, эффективность органической системы удобрений на 19-30 % ниже, по сравнению с эквивалентным количеством минеральных удобрений. Эффективность минеральной системы удобрений, при умеренных дозах их внесения, равна эффективности органоминеральной; при повышенных дозах удобрений наибольшее влияние на урожайность культур оказывает органоминеральная система удобрений. Применение навоза 10 т/га в сочетании с N50P25K60 обеспечивает получение в севообороте 39,8 ц з.ед./га при окупаемости 1 кг NPK 5,9 кг з.ед.

2. В последействии прибавка урожая от органической системы удобрений в 1,5-1,8 раза больше, чем от минеральной. Наибольшая продуктивность севооборота, как в прямом действии, так и с учетом последействия, получена при сочетании органических и минеральных удобрений.

3. При длительном применении удобрений наблюдается изменение порядка минимумов элементов питания растений. Отмечается тенденция снижения с течением времени долевого участия в формировании урожая азота и возрастание роли фосфора и особенно калия, который в 6 ротации севооборота находился в первом минимуме.

4. Применение удобрений обеспечивает большую устойчивость урожайности культур по годам исследований, по сравнению с неудобренными вариантами. Эффективность органической системы удобрений в годы с недостатком влаги превышает эффективность минеральной системы удобрений, а при повышенном увлажнении – уступает ей. Прибавки урожая от использования органоминеральной системы удобрений в засушливые годы в 1,4 -1,8 раза выше, по сравнению с минеральной.

5. Эффективность систем удобрений зависит от уровня кислотности почвы. На сильнокислой почве эффективность органической и органоминеральной систем удобрений существенно выше минеральной, что обусловлено дополнительным поступлением соединений кальция и магния с органическими удобрениями и нейтрализующим действием их на почву. Оплата урожаем 1 т доломитовой муки в зависимости от вида культур, дозы ее внесения в севообороте, сочетания с минеральными удобрениями колеблется от 7,4 ц з.е. до 21,4 ц з.е.

6. Установлено, что в расчете на 1 т сухой массы однолетнего люпина фиксируется 28,9 кг атмосферного азота или 105-114 кг/га в год. В условиях недостатка удобрений целесообразно освоение зернотравяных севооборотов с многолетними бобовыми травами, люпином и другими бобовыми, позволяющих увеличить продуктивность пашни в 1,4 – 1,5 раза. При достаточном количестве удобрений более эффективны севообороты, насыщенные пропашными культурами.

7. Применение удобрений способствовует повышению содержания сырого протеина, клейковины, выполненности зерна, товарности картофеля. С увеличением доз азотных удобрений отмечается снижение в клубнях картофеля содержания сухого вещества, крахмала, разваримости и ухудшение вкусовых качеств, увеличивается содержание нитратов. При использовании навоза также отмечается, хотя и в меньшей степени, снижение содержания сухого вещества и крахмала, вкусовых качеств картофеля и увеличение содержания нитратов.

8. Продуктивность агроценозов и эффективность удобрений в значительной мере определяются агроэкологическими свойствами земель. Дерново-подзолистые песчаные почвы имеют пониженное содержание элементов минерального питания, гумуса и независимо от рельефа почти ежегодно характеризуются дефицитом влаги в корнеобитаемом слое. В условиях неурегулированного водного режима оплата удобрений урожаем на рыхлопесчаных почвах в 2,2 – 4,3 раза ниже, по сравнению с тяжелосупесчаными.

9. Длительное применение минеральных удобрений приводит к подкислению почвы, более интенсивной миграции карбонатов за пределы пахотного горизонта, увеличению содержания в ней обменного алюминия. Использование навоза способствует снижению кислотности и уменьшению содержания в ней обменного алюминия. Среднегодовые потери обменных карбонатов составляют: без применения удобрений – 95 кг/га, при использовании органической системы удобрений – 48 - 95 кг/га, органоминеральной – 138-161 кг/га, минеральной – 112-246 кг/га в пересчете на СаСО3.

10. Наибольшие изменения в гумусовом состоянии почв происходят в первые годы проведения опыта. В дальнейшем содержание гумуса стабилизируется на новых уровнях, соответствующих поступлению органического вещества с растительными остатками и органическими удобрениями и его минерализации. Время достижения равновесного состояния гумуса в почве без применения удобрений и при использовании N100Р50К120 составляет 8-10 лет, навоза 10 т/га – 16 лет. При использовании навоза 20 т/га в течение 34 лет не достигнуто равновесного содержания гумуса в почвах.

11. Применение органических удобрений способствует увеличению содержания гумуса в почвах, а также изменению его качества за счет увеличения в составе гумуса доли гуминовых кислот, в том числе связанных с кальцием. Известкование почв, не влияя существенно на содержание и запасы гумуса, способствует увеличению содержания гуминовых кислот, связанных с кальцием. При использовании азотных удобрений отмечается увеличение подвижности гумуса, за счет увеличения доли 1 фракции гумусовых кислот. Вместе с тем, несмотря на применение повышенных доз удобрений, в почве сохраняются основные черты гумусообразования, свойственные данному генетическому типу.


загрузка...