Минерализация и синтез гумуса в черноземах

Коллективом научных сотрудников НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева уделялось большое внимание изучению гумуса почвы, как основе плодородия черноземов и их продуктивности.

В стационарных опытах отдела применения удобрений при правильном использовании органических и минеральных удобрений и получении сравнительно высоких урожаев наблюдается увеличение гумуса в почве и его стабилизация (табл. 21).

В многолетних опытах по изучению различных способов обработки почвы в сочетании с удобрениями резкое нарушение биогенности почвы по слоям пахотного горизонта путем применения глубокой обработки приводит к снижению гумуса. Увеличение глубины обработки при недостатке удобрений приводит к значительному расходованию энергии, деформации почвы, затягиванию сроков полевых работ - главных причин недобора урожаев. Минимализация обработки почвы (основной, допосевной и в период ухода за растениями) позволяет избежать многих отрицательных явлений, в том числе и предотвратить снижение органического вещества.

  • 21. Изменения в содержании гумуса в стационаре с удобрениями, %
  • (данные НИИСХ ЦЧП)

Варианты опыта

Слой

почвы, см

Исход

ные

данные,

%

После 2х ротаций,

%

Изменения,

%

Измене

ния,

т/га

Кон-троль, 1966 г.

0-20

7,1

6,50

-0,60

-12,0

20-40

6,04

5,97

-0,07

-1,5

40-60

4,00

3,80

-0,20

-4,80

60-80

2,95

2,60

-0,35

-9,10

итого: за 14 лет -27,4 т/га; в год 1,98 т/га или 0,41 % от валового содержания

№К

0-20

7,56

7,30

-0,26

-5,20

20-40

6,64

6,28

-0,36

-7,90

40-60

4,64

4,23

-0,41

-9,80

60-80

3,08

2,67

-0,41

-10,60

итого: за 14 лет -33,5 т/га; в год -2,3 т/га или 0,47 %.

Навоз, 5,7 т/га

0-20

7,57

7,99

+0,42

+8,40

20-40

6,63

7,49

+0,86

+ 18,90

40-60

4,50

4,70

+0,20

+4,80

60-80

2,72

3,15

+0,43

+ 11,18

итого: за 14 лет +43,2 т/га; в год +3,1 т/га или 0,64 %.

1/2

навоз +

'/2 №К

0-20

7,28

738

+0,10

+2,00

20-40

6,13

6,40

+0,27

+5,94

40-60

4,20

4,40

+062

+4,68

60-80

2,30

2,75

+0,46

+ 11,96

итого: за 14 лет +24,6 т/га; в год +1,7 т/га или 0,35 %.

Примечание: 1) поступило корневых остатков в почву (т/га): на контроле 1,6; на фоне ИРК. - 1,8; на фоне навоза - 2.1 и органоминеральных удобрений - 1,9; 2) образовалось гумуса (10 % от массы): на контроле 1,6 ц; на фоне ЫРК - 1,8 ц на фоне навоза - 2,1 ц; органо-минеральных удобрений - 1,9 ц; 3) минерализовалось гумуса на контроле (1,98 т + 0,16 т) = 2,14 т/га; на фоне ИРК (2,3 + 0,18) = 2,48 т/га; на фоне навоза гумификация преобладала над минерализацией.

В длительных опытах по изучению севооборотов нарушение основных принципов размещения культур по полям (несколько лет подряд зерновые по зерновым, ячмень по ячменю и т. д.) приводит к снижению плодородия и урожайности.

В то же время уникальный опыт Каменной Степи, заложенный в конце прошлого века В.В. Докучаевым, подтверждает возможность управления процессами расширенного или экономного воспроизводства сельскохозяйственных культур, основанном на сохранении или повышении плодородия черноземов, в т. ч. гумуса. Нарушение законов земледелия, не конкретное их применение без учета складывающихся условий, приводит к ряду нежелательных явлений, снижению гумуса в почве и недобору урожаев.

Многочисленные данные по количеству и динамике гумуса в почве за более чем пятидесятилетний период и их противоречие с нередко диаметрально противоположными показателями подтверждают несовершенство методов его определения и ошибочность суждений отождествляющих плодородие почвы с содержанием в ней гумуса.

Гумус важный, но видимо, не единственный показатель эффективного и потенциального плодородия почвы. В элементарном мышлении примером могут быть водные культуры, выращивание растений на гидропонике и др. В нашей стране можно найти земельные участки, находящиеся в обработке более 200 лет с содержанием гумуса равным или мало уступающим недавно распаханным землям и обеспечивающие получение высоких урожаев сельскохозяйственных культур.

В этой связи не должны вызывать удивления данные по содержанию гумуса и его динамике, полученные в опытах института им. В.В. Докучаева и других научно-исследовательских учреждений.

В опытах отдела агрохимии за 14 лет на контроле (без удобрений) и при применении одних минеральных удобрений отмечено снижение в почве гумуса и азота. Применение навоза из расчета 5,7 т/га или ХА дозы 1ЧРК по действующему веществу повысили содержания гумуса и азота по сравнению с исходными показателями.

При определении валового гумуса и азота в обыкновенном черноземе (данные Щербакова А.П. и Годунова И.Б.) в 1978 г. на пашне было 254 т/га в метровом слое, а на залежи - 326 т/га (табл. 22).

По данным З.С. Богатыревой, определившей количество гумуса на тех же землях в 1974 г., отмечено снижение его на пашне только в слое 0-10 см; а в метровом слое в результате перераспределения даже превышение по сравнению с залежью (табл. 23). На Шатиловской сельскохозяйственной опытной станции содержание гумуса в метровом слое выщелоченного чернозема на пашне, находящейся в обработке более ста лет, и на многолетней залежи было одинаковым (табл. 24).

22. Валовой гумус и азот в обыкновенном черноземе (данные А.П. Щербакова и И.Б. Годунова)

Варианты

опыта

Слой

почвы,

см

Гумус, %

Гумус,

т/га

Азот,

%

Азот,

т/га

Залежь

0-10

10,3

112

0,59

6,4

20-30

6,9

80

0,34

4,5

40-60

5,8

73

0,30

3,9

60-70

2,8

38

0,17

2,3

80-90

1,6

23

0,11

1,5

Всего

326

18,6

Пашня

0-10

7,1

77

0,34

4,2

20-30

6,9

80

0,39

4,5

40-50

4,1

53

0,23

3,1

60-70

2,4

33

0,11

1,0

80-90

8,7

11

0,07

1,1

Всего

254

14,8

Примечание: журнал Агрохимия № 8, 1978 г.

23. Количество гумуса в обыкновенном черноземе на пашне

и залежи, %

Слои почвы, см

Залежь

Пашня

0-10

10,57

8,23

20-30

8,13

8,30

40-50

5,52

6,45

60-70

3,86

4,89

80-90

1,77

2,66

Сумма:

29,85

30,53

Примечание: автореферат диссертации З.С. Богатыревой «Химический и физикохимический состав черноземов Каменной Степи».

24. Содержание гумуса на пашне и залежи выщелоченного чернозема, % (Шатиловекая с.-х. опытная станция)

Слои почвы, см

Многолетняя залежь

Пашня

0-10

9,1

7,5

10-20

7,6

7,1

20-30

4,7

6,8

30-40

3,9

4,8

40-50

3,8

3,9

50-60

2,3

3,0

60-70

2,8

2,0

70-80

2,3

1,6

80-90

1,7

1,4

90-100

0,8

0,9

Сумма

39,0

39,0

*В сборнике НИР / Шатиловская СХОС, вып. 3. - Орел, 1966. С. 101. Табл. 2

Минеральные удобрения вносили ежегодно перед основной обработкой почвы в дозе 146оРбоК-бо под каждую культуру. Кроме того, два раза за ротацию десятипольного севооборота под кукурузу на силос и зерно вносили навоз в дозе 25-30 т/га. Схема севооборота в опыте: кукуруза на силос, озимая пшеница, сахарная свекла, горохо-овсяная смесь, озимая пшеница, кукуруза на зерно, горох, озимая пшеница, подсолнечник, ячмень.

Длительными исследованиями по опыту установлено, что влажность почвы, содержание в ней нитратов, подвижной фосфорной кислоты и калия, интенсивность микробиологических процессов, накопление корневых остатков, новообразованных свободных гуминовых кислот и гумуса изменяются при различных способах обработки. При этом показатели по перечисленным свойствам почвы в большинстве случаев бывают более благоприятными при вспашке почвы по сравнению с рыхлением ее на одинаковую глубину. Эти показатели лучше на вариантах вспашки на глубину 20-22 см (табл. 25).

По данным наблюдений, существенных различий по количеству доступной влаги в почве в весенний период между изучаемыми способами обработки не наблюдалось. Меньшее количество влаги в почве по безотвальным обработкам объясняется уменьшением фильтрации и увеличенным испарением в связи с более устойчивой щелеватостью.

  • 25. Показатели почвенного плодородия в зависимости от способов и глубины обработки
  • (среднее за три года) в слое 0-40 см

Варианты опыта

Доступной влаги в слое почвы

0-150 см

Водопрочных

структурных

агрегатов

Азота N03

Дыхание почвы

Количество новообразованных гуминовых

кислот

в фазу посев-

всходы,

мм

раз

ница

%

раз

ница

мг/1 кг

почвы

раз

ница

выделилось С02 из почвы за сутки

раз

ница

%

разни

ца

Ежегодная вспашка на 20-22 см

278,9

0,0

71,8

0,0

11,42

0,0

5856,3

0,0

0,133

0,0

Ежегодная вспашка на 25-27 см

274,2

-4,7

71,8

0,0

10,92

-0,5

5830,7

-25,6

0,149

+0,016

Ежегодная вспашка на 30-32 см

273,7

-5,2

70,2

-1,6

11,06

-0,36

5358,4

^197,9

0,111

-0,022

Ежегодная вспашка на 35-37 см

277,2

-1,7

69,1

-2,7

10,74

-0,68

5294,9

-561,4

0,089

-0,044

Обработка плоскорезом под пропашные на 25-27 см, под зерновые на 10-12 см

256,0

-22,9

69,7

-2,1

9,5

-1,92

5767,3

-89,0

0,098

-0,035

Рыхление плугом без отвалов на 25-27 см

255,4

-23,5

70,7

-1,1

9,46

-1,96

5611,0

-245,3

0,116

-0,017

Наибольшее количество нитратного азота за все годы исследований было по вспашке на 20-22 см - 11,42 мг. Увеличение глубины вспашки не приводило к повышению нитратного азота в почве. Снижается количество нитратов по безотвальным способам обработки почвы: по плоскорезу на 1,92 и рыхлению плугом без отвалов - 1,96 мг.

Увеличение глубины вспашки снижало дыхание почвы. Если при вспашке на 20-22 см за сутки выделялось из почвы 5856 мг углекислоты с 1 м2, то при увеличении глубины обработки до 35-37 см уменьшилось до 5294 мг.

Наряду с дыханием почвы, интенсивностью образования нитратов, важным показателем биогенности и плодородия являются новообразованные гуминовые кислоты.

По результатам исследований больше свежеобразованных гумино-вых кислот наблюдалось при вспашке на глубину от 20-22 до 25-27 см -0,133 и 0,149 % к абсолютно сухой почве. Наименьшее количество новообразованных гуминовых кислот отмечалось по вспашке на 35-37 см -0,089 %, что связано с выносом на поверхность слоев почвы с малой биогенностью. По мере уменьшения глубины вспашки увеличивается биогенность обрабатываемого слоя и повышается процент новообразованных гуминовых кислот.

По количеству водопрочных структурных агрегатов существенных различий между изучаемыми способами обработки почвы не наблюдалось, хотя тенденция по более интенсивному структурообразованию сохраняется за вспашкой на глубину от 20-22 до 25-27 см. Безотвальные способы обработки почвы не имели преимуществ в структурообразова-нии перед вспашкой.

Наблюдаемые различия в показателях элементов плодородия черноземов при изменении глубины отвальных и безотвальных способов обработки взаимосвязаны с развитием микроорганизмов в почве и их групповым составом (табл. 26).

Наибольшее количество микроорганизмов, разлагающих свежее органическое вещество, отмечено по вспашке 20-22 см - 65,83 тыс. штук. По мере увеличения глубины вспашки количество их снижается: при вспашке на 25-27 см до 57,28, вспашке на 30-32 см до 56,69 и вспашке на 35-37 см до 53,27 тыс. штук в 1 г абс. сухой почвы. С такой же закономерностью изменяется количество в почве актиномицетов.

На этапе дальнейшей минерализации корневых и пожнивных остатков, связанной с наличием в почве метаболитов целлюлозоразлагающих и других микроорганизмов, более интенсивно размножаются группы бактерий, растущие на крахмалоаммиачном и мясопептонном агаре по вспашке на глубину от 20-22 до 25-27 см. Если по вспашке на 20-22 см в среднем за годы исследований количество бактерий, выращенных на МПА, было 7,42 млн штук на 1 г абсолютно сухой почвы, то при увеличении глубины до 25-27 см их число уменьшилось на 1,15 млн, до 30-32 см-на 1,95 и до 35-37 см - на 1,81 млн штук. Меньше бактерий, чем на контроле было и по безотвальным рыхлениям: по плоскорезу - на 1,34 млн, и при рыхлении плугом без отвалов - на 1,32 млн штук на 1 г абсолютно

26. Влияние различных способов и глубины обработки почвы

на численность микроорганизмов в слое 0-40 см, в 1 г абсолютно сухой почвы (1970-1979 гг.)

Микроорганиз

мы

Вспашка на глубину, см

Обработ

ка

плоскорезом: под пропашные на 30 см, зерновые на 10-12

см

Рыхле

ние

плугом

т.с.

Мальцева на 25-27

см

20-22

25-27

30-32

35-37

МПА, млн шт.

7,42

6,27

5,47

5,61

6,08

6,10

Разница

0,0

-1,15

-1,95

-1,81

-1,34

-1,32

КАА, млн шт.

14,80

13,90

12,60

12,70

12,30

13,60

Разница

0,0

-0,90

-2,20

-2,10

-2,50

-1,20

Актиномицеты, млн шт.

4,17

3,97

3,49

3,50

3,57

3,93

Разница

0,0

-0,20

-0,68

-0,67

-0,60

-0,24

Грибы, тыс. шт.

12,84

15,67

15,76

12,10

11,43

11,13

Разница

0,0

+2,81

+2,90

-0,76

-1,43

-173

Целлюлозоразлагающие, тыс.

шт.

65,88

57,28

59,69

53,27

54,53

58,50

Разница

0,0

-8,60

-9,19

-12,61

-11,35

-7,38

Нитрификато-ры, шт.

282,93

355,20

277,45

199,10

181,05

219,20

Разница

0,0

+72,27

-5,48

-83,83

-101,88

-63,73

сухой почвы. Увеличение глубины вспашки и безотвальные приемы обработки снижают количество этих микроорганизмов в почве, что приводит к ухудшению условий минерализации и особенно синтеза свободных новообразованных гуминовых кислот.

Исследования, проведенные в НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева, касаются установления биологических процессов в черноземах, их агрофизических свойств, они соответствуют современным тенденциям в обработке почвы, направленным на минимализацию, как средства уменьшения отрицательного воздействия на почву в условиях интенсификации.

Доказана возможность минимализации обработки почвы в севообороте, что позволит избежать переуплотнения, уменьшить деформацию, падение плодородия почвы и устранить затягивание сроков выполнения полевых работ - главных причин недобора урожая в земледелии.

В связи с тем, что активность микробиологических процессов в значительной степени определяется агрофизическими и химическими

свойствами почвы, рекомендуется четко придерживаться установленной опытными учреждениями оптимальной глубины обработки с учетом биологических особенностей возделываемых культур.

Под зерновые и бобовые культуры основная обработка почвы, как правило, должна проводиться на глубину 20-22 см, под кукурузу и подсолнечник до 25 см и сахарную свеклу до 27 см. Под озимые в неблагоприятные годы с резким недостатком влаги в почве, когда невозможно произвести качественную вспашку, целесообразно применять поверхностную обработку различными орудиями, в том числе плоскорезом.

Оптимизация основных факторов плодородия почвы, в данном случае вспашки на глубину от 20-22 до 25-27 см и удобрений с учетом проявления их максимального синергизма, применяемая в сельскохозяйственном производстве с учетом закона «оптимума», позволит стабилизировать содержание гумуса в почве или при расширенном воспроизводстве довести его до максимума - 10-12 % и увеличивать урожаи полевых культур до полного использования поступающей на землю солнечной энергии.

Нарушение оптимальных параметров факторов плодородия при построении технологий возделывания сельскохозяйственных культур приведет к негативным последствиям: переходу синергизма факторов в антагонизм или разрозненному действию каждого из них, снижению плодородия почвы, значительной потере органического вещества при незначительном росте урожайности, установлению динамического равновесия между малым плодородием и малой урожайностью.

Параметры факторов управления процессом расширенного экономического воспроизводства сельскохозяйственных культур для зоны освещены во многих рекомендациях научных учреждений зоны и НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева, в том числе в «Системе ведения сельского хозяйства в ЦЧЗ», системах земледелия для каждой области зоны, «Рекомендациях по увеличению производства зерна и устойчивости земледелия в ЦЧЗ», «Системе ведения агропромышленного производства Воронежской области» и т. д.

Основные из них следующие:

  • 1. По севооборотам:
    • а) при построении севооборотов должен быть использован основной принцип - каждую культуру размещать по лучшему для нее предшественнику, в т.ч. принцип плодосмена;
    • б) севообороты, используемые в хозяйствах любой специализации, должны иметь не менее 10 % бобовых (горох, как средство повышения производства растительного белка и накопления азота в почве) и обеспечивать продуктивность гектара пашни более 45 ц/га к. е. основной продукции;
    • в) преобладающее количество севооборотов в колхозах и совхозах зоны - зернопропашные и зернопаропропашные, с 50 % зерновых, 10% бобовых, 25-35 % пропашных культур. Клевер и эспарцет выращивать, в основном, в занятых парах и в выводном поле.
  • 2. Обработка почвы должна быть направлена:
    • а) на создание условий для максимальной биологической активности в почве;
    • б) минимализацию;
    • в) использование эффективности оборота пласта, за исключением обработки почвы под озимые или перепашки под картофель и другие культуры;
    • г) обработка почвы плугами с предплужниками в целях борьбы с сорняками, вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур;
    • д) оптимизация глубины, способов и сроков работ. Наиболее эффективная глубина вспашки на 20-25 см, за исключением озимых культур, под которые можно применять любые орудия обработки почвы, в т.ч. плоскорезы.

Увеличение глубины вспашки свыше 25-27 см снижает эффективное и потенциальное плодородие обыкновенных черноземов и урожай сельскохозяйственных культур.

  • 3. Удобрения:
    • а) для экономного расходования и расширенного воспроизводства плодородия черноземов применять навоз из расчета 5-6 т/га;
    • б) довести применение минеральных туков до уровня не более М60РбоК.бо кг/ра П°Д каждую культуру севооборота;
    • в) применение туков на ближайшие годы осуществлять с учетом планов поступления их в хозяйства и разработанных рекомендаций.
  • 4. Максимально использовать явления синергизма (положительного взаимодействия факторов):
    • а) максимальное проявление синергизма при сочетании обработки почвы с удобрениями и ротации растений на черноземах выявлено по вспашке на глубину 20-22 см в сочетании с минеральными удобрениями в дозе ИбоРбоКбо.

При повышении дозы удобрений свыше 100-120 кг/га наблюдается переход синергизма в антагонизм, снижение эффективности каждого фактора и урожайности;

  • б) увеличение глубины вспашки до 35-37 см снижало эффективность самой обработки почвы и не повышало ее на удобрениях.
  • 5. Мелиорация:
    • а) создание лесных полос, как фактора регулирования микроклимата;
    • б) почвозащитные мероприятия, мероприятия, предотвращающие эрозию почвы, смыв ее, сток талых вод и т. д.;
    • в) орошение и осушение;
    • г) мелиорация солонцов и солонцовых пятен, известкование кислых почв.
  • 6. Механизация технологических процессов возделывания сельскохозяйственных культур и другие факторы воздействия на плодородие почвы должны применяться с учетом рекомендаций научно-исследовательских учреждений для каждой подзоны региона.
 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >