CC BY
12
Продуктивность ПЭП правобережной поймы Средней Десны в целом высокая - 46 ц/га сена. На равнинном участке она в среднем составляет 54 ц/га, на сегментно-гривистом - 37 ц/га. Диапазон варьирования урожайности сена на равнинном участке 32-111 ц/га, а на сегмент-но-гривистом - 7-70 ц/га. Продуктивность центральной части равнинной поймы примерно одинаковая 35-37 ц/га сена (60-70% составляют злаковые, 20-35% - разнотравье, 5-10% - бобовые, осок - нет). Продуктивность прирусловой поймы несколько ниже (32 ц/га сена), в ботаническом составе уменьшается доля злаковых и возрастает - разнотравья. Наибольшей продуктивностью (111 ц/га) отличается притеррасная пойма, сено которой полностью состоит из осок (табл. 3).
Продуктивность сегментно-гривистого участка поймы заметно варьирует. Наименее продуктивны узкогривистая (7 ц/га) и пологоузкогривистая (26 ц/га) ПЭП. Для прирусловой, переходной от прирусловой к узкогривистой, межгривистой ПЭП характерна высокая и примерно одинаковая продуктивность 31-34 ц/га сена. Она еще больше возрастает у пологоширокогривистой
(38 ц/га), широкогривистой (52 ц/га) и переходной от широкогривистой к притеррасной (70 ц/га). Наибольшее количество бобовых трав содержит в сене прирусловой ПЭП. Они отсутствуют в сене ПЭП переходной от широкогривистой к притеррасной, широкогривистой и по-логоузкогривистой, но в нем больше злаковых трав и осок (табл. 3).
Таким образом, состояние почвенной составляющей и продуктивность экосистемы правобережной поймы Средней Десны в целом хорошие, но в результате ее хозяйственного неиспользования в течение последних 20-ти лет заилилась сеть осушительных каналов, пойма стала заболачиваться, зарастать кустарником и лесом. Многие пойменные участки перестали использовать как сенокосы и пастбища, что послужило причиной возгорания сухой травы и возникновения частых и обширных пожаров. В современных условиях решение этой экологической проблемы наиболее реально посредством инвестиций, направленных на развитие мясного животноводства, не только в бассейне Средней Десны, но и в ее пойме.
УДК 631.811
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕСОВ ТРАНСФОРМАЦИИ СОЕДИНЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ ПИТАНИЯ РАСТЕНИЙ В СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ЛЕГКОСУГЛИНИСТЫХ ПОЧВАХ
С.М. Пакшина, д.б.н.
Брянская ГСХА, e-mail: kafeap@bgsha.com
В работе рассмотрены процессы трансформации органических веществ и труднорастворимых фосфатов в многолетнем опыте с внесением только органических удобрений. Показана зависимость процессов трансформации органических и минеральных соединений элементов питания от влажности и температуры серых лесных легкосуглинистых почв.
Ключевые слова: влажность, температура почвы, трансформация веществ, элементы питания, растворимость, фосфориты.
STUDY OF NUTRITIVE ELEMENTS TRANSFORMATION IN GREY FOREST LIGHT-LOAMY SOILS
S.M. Pakshina
There are being considered transformation processes of organic substances and insoluble phosphates in a long-term experiment with application of organic fertilizers only. There is shown the dependence of transformation processes of organic and mineral nutritive elements on moisture and temperature of grey forest light-loamy soils.
Keywords: moisture, soil temperature, substances transformation, nutritive elements, phosphates.
В связи с применением биологических технологий возделывания сельскохозяйственных культур возникли вопросы, связанные с исследованием процессов трансформации органических и минеральных соединений элементов питания растений в течение года. Известна работа А.В. Петербургского [1], в которой приведены данные о трансформации органических и минеральных соединений и увеличении элементов питания к весне следующего года по сравнению с осенью предыдущего года.
Цель данной работы - исследование зависимости процессов трансформации органических и минеральных веществ от запасов влаги и температуры почвы в пахотном и подпахотном слоях в течение гидрологического года.
Исследования проводили на стационарном полевом опыте Брянской ГСХА, заложенном в 1983 г. (номер Государственной регистрации 046369) в следующие гидрологические годы: 2006/07, 2007/08, 2008/09. Для изучения трансформации веществ был выбран один вариант многолетнего опыта, на котором с 1983 по 2009 г. вносили только органические удобрения. В качестве зеленого удобрения использовали озимую рожь (10-12 т/га, ^2Р6К20). Солому вносили в измельченном виде в норме 5 т/га органической массы ^25Р12К40). Навоз вносили под пропашные культуры (кукуруза на силос, картофель) в перепревшем виде в нормах соответственно 40 и 50 т/га ОТ80-220Рв0-100К200-260). в 2007, 2008 и 2009 гг. возделывали озимый рапс, ячмень и гречиху.
1. Коэффициенты увлажнения в осенне-зимне-весенний и весенне-летне-осенний периоды _трех гидрологических лет_
2006/07 2007/08 2008/09
Х.06-111.07 IV.07-IX.07 Х.07-Ш.08 IV.08-IX.08 Х.08-Ш.09 IV.09-IX.09
2,49 0,68 2,72 0,67 3,85 0,96
Примечание: испаряемость рассчитана по формуле Н.Н. Иванова (1954) [3].
2. Среднемесячная температура почвы на глубинах 5 и 80 см (данные метеостанции БГСХА)
2006/07 2007/08 2008/09
Х.06-Ш.07 IV.07-IX.07 X.07-ПL08 IV.08-IX.08 X.08-ПL09 IV.09-IX.09
Глубина почвы, равная 5 см
3,1 16,2 0 15,7 0,2 14,7
Глубина почвы, равная 80 см
6,0 17,3 4,4 17,7 4,9 15,7
Примечание: глубины почвы, равные 5 и 80 см, выбраны потому, что в пределах метрового слоя только на этих
глубинах проводится измерение температуры почвы в течение года [3].
В первые декады апреля и сентября 2007, 2008 и 2009 гг. на делянке, площадь которой составляла 237,6 м2, на двух формах микрорельефа (повышение и западина) отбирали образцы из каждого слоя почвы, равного 10 см, до глубины 1 м. Содержание подвижных элементов питания (N0^, P2O5, К+, в образцах проводили по общепринятым методам анализа почв. Влажность почвы определяли весовым методом [2]. Результаты валового содержания фосфора были взяты из банка данных испытательной лаборатории академии. Для расчета коэффициента увлажнения (КУ) использовали метеорологические данные за 2006-2010 гг., полученные на метеостанции академии.
На рисунке представлены запасы К+, (кг/га), а также подвижных соединений фосфора (в % от валового) и запасов влаги (мм) в слоях 0-20 см и 21 -100 см в разные годы. Максимумы в запасах элементов питания и влаги совпадают по времени. Чем больше максимум в запасах влаги, тем выше запасы элементов питания. Органические удобрения, поступающие в пахотный слой, и корневые остатки пахотного и подпахотного слоев в течение года трансформируются под действием микроорганизмов в минеральные соединения. Часть элементов питания, образовавшихся вследствие биологической трансформации органических удобрений в пахотном слое, поступает с инфильтрационными потоками влаги в подпахотный слой (21-100 см).
Как следует из таблицы 1, в осенне-зимне-весенний период имеет место промывной режим увлажнения (КУ = 2,49-3,85), тогда как в период вегетации - непромывной режим (КУ = 0,67-0,96). Поэтому превышение весенних запасов элементов питания над осенними предыдущего года выше для подпахотного слоя по сравнению с пахотным. Таким образом, запасы элементов питания в пахотном слое к весне следующего года определяются скоростью трансформации органических удобрений и корневых остатков, а также выносом их из пахотного слоя, тогда как в подпахотном слое - скоростью трансформации корневых остатков и приносом элементов питания с инфильтрационными потоками влаги.
В период вегетации (^-1Х месяцы) запасы элементов питания резко уменьшаются как из-за снижения влажности и микробиологической активности почвы, так и выноса их растениями. На рисунке минимумы в содержа-
нии элементов питания совпадали со временем окончания вегетации. Аналогичные процессы протекают в микрозападине, в которой запасы влаги в слое 21 -100 см на 30-100 мм выше, чем на микроповышении.
Микробиологическая активность зависит не только от влажности, но и температуры почвы. Из таблицы 2 следует, что в подпахотном слое в течение осенне-зимне-весеннего периода поддерживается температура (> 4°С), достаточная для активности грибов, которые участвуют в процессах минерализации органических остатков. В пахотном слое из-за более низкой температуры биологические процессы затухают.
В пополнении запасов подвижных фосфатов могут участвовать, кроме процессов минерализации органических удобрений и корневых остатков, процессы растворения труднорастворимых форм фосфатов (фосфориты, апатиты, соединения с железом, алюминием и др.).
В 1955 г. вступил в строй Брянский фосфоритный завод и фосфоритная мука начала поступать в хозяйства области. Внесение фосфоритной муки привело к увеличению валового содержания фосфора в серых лесных легкосуглинистых почвах опытного поля БГСХА. На делянке, где проводили исследования, содержание валового фосфора в пахотном и подпахотном слоях (21-100 см) составило соответственно 0,37 и 0,19% (9,7 и 21,3 т/га). По данным А.В. Петербургского [1], валовое содержание P2O5 в пахотном слое почв составляет 0,11-0,23%. Для насыщения пахотного слоя фосфатами необходимо внести 5-10 т/га Р^5. Отсюда следует, что почвы опытного поля близки к насыщению фосфатами. Валовое содержание Р^5 в лессовидном суглинке составляет 0,8% или в 2,4 раза меньше по сравнению с подпахотным слоем почвы опытного участка (Почвоведение, 1989).
В состав фосфоритов входят соединения разной степени растворимости: гидроксилапатит [Ca5(P04)30H, ПР = 1,6 х 10-58]; трифосфат кальция ^3^4)2, ПР = 2,0 х 10-29]; гидрофосфат кальция [СаНР04, ПР = 2,7 х 10-7]; фторапатит [Ca5(PO4)3 F; ПР = 4 х 10-3]; дигидрофосфат кальция [Ca(H2PO4)2, ПР = 1 х 10-3] и др. [4]. При растворении этих солей в почвенный раствор переходят в основном ионы НР042- и H2PO4- [1].
В работе Л.Н. Горева [5] для оценки процесса растворения солей в поровом растворе почв и грунтов приводится следующая формула:
C2 = С exp[(To - T2/Гo - Tl) ЬС^ехр^ - Q2/Qo - 01)^1/00)], (1) где С0, С1, С2, Т0, Т1, Т2, 00, - соответственно содержание
ионов, абсолютная температура и запасы влаги за вычетом запасов при гигроскопической влажности в определенном слое почвы в разные моменты времени 1], 12).
Предполагается, что процесс растворения солей непрерывен во времени и делится на равные отрезки: ^ - 11 = 11 - 12. Имея экспериментальные значения С0, С1, Т0, Т1, Т2, 00, по формуле (1) находится значение С2.
1800 п
1600 -
сЗ 1-
и
- 1400 и
О
й 1200
&
§ 1000
«
л и
3
й го
о и
о и о
и н о
сЗ Л О
о о
о
(ч
о я
и ч о с
3 о й с й го
800 -
600
400
200
18
16
14
12
10
IV IX
2007
Б
IV IX
2008
^ 2009 к
IV
2007
IX
IV
2008
IX
IV
2009
IX
8
и
«
и
3 о й С й го
300
250
200 -
150
100 -
50 -
В
IV 2007
IX
IV 2008 IX
IV 2009
IX
Кривые распределения запасов: А - калия (1, 2), нитратов (3, 4); Б - подвижного фосфора (5, 6); В - влаги (7, 8) в слоях почвы, равных 21-100 см (1, 3, 5, 7), 0-20 см (2, 4, 6, 8).
0
8
6
4
2
0
0
3. Экспериментальные значения величин, входящих в формулу (1)
Вели- Микроповышение Микрозападина
чина IV.07 X. 07 IV.08 X.08 IV.09 X.09 IV.07 X. 07 IV.08 X.08 IV.09 X.09
Слой почвы, равный 0-20 см
Т, °К 273 281 273,9 281,3 271,9 277,8 273 281 273,9 281,3 271,9 277,8
Q, мм 56 46 69 48 33 25 61 42 60 54 33 28
Слой почвы, равный 21-100 см
Т, °К 275 286,1 275,4 285,7 275,2 282,7 275 286,1 275,4 285,7 275,2 282,7
Q, мм 211 160 271 173 172 158 310 248 288 292 287 260
Примечание. T, °K - абсолютная температура почвы; Q, мм - запасы влаги в почве, уменьшенные на величину за-
пасов при гигроскопической влажности
4. Экспериментальные (^кс) и рассчитанные ^рас) по формуле (1) значения содержания подвижных фосфатов (в % от валового) в пахотном
Содержание P2O5, % от валового Микроповышение Микрозападина
IV.08 X.08 IV.09 X.09 IV.08 X.08 IV.09 X.09
Слой почвы, равный 0-20 см
C ^экс 10,0 8,1 8,4 8,1 9,2 10,3 11,1 7,0
с ^рас 10,3 6,0 7,4 8,7 8,1 7,8 14,8 11,5
Слой почвы, равный 21-100 см
с ^экс 16,3 7,4 10,0 7,9 14,9 10,9 15,2 11,6
с ^рас 21,1 8,4 7,2 9,4 13,6 15,0 16,0 21,8
В таблице 3 приведены экспериментальные значения величин, входящих в формулу (1). Расчет содержания подвижных фосфатов, образующихся при растворении труднорастворимых соединений фосфора, проводится по следующей схеме. Для определения Срас в срок ^.08, сроки ГУ.07; Х.07; ^.08 принимались, как 1ь 12. Для определения Срас в срок Х.08, сроки Х.07; ^.08; Х.08 принимались, как 11, 12. Итак, далее до срока Х.09.
В таблице 4 приведены экспериментальные и рассчитанные по формуле (1) значения содержания подвижных фосфатов в пахотном и подпахотном слоях почвы на двух формах микрорельефа. Рассчитанное содержание (Срас) близко к экспериментальному значению за исключением срока Х.09, в который выращивалась гречиха. В этот срок в микрозападине рассчитанное содержание подвижного фосфора превышало экспериментальное значение в 1,6-2,0 раза. Большое расхождение между экспериментальным и рассчитанным значениями можно объяснить тем, что гречиха - растение-концентратор фосфора и в большом количестве выносит фосфор [6]. Кроме того, в микрозападине имеет место более благоприятный водный режим для роста и развития растений по сравнению с микроповышением в период вегетации.
Результаты исследований показали, что в пахотном и подпахотном слоях серых лесных легкосуглини-
стых почв в течение всего гидрологического года протекают процессы трансформации органических и минеральных веществ. Процессы биологической трансформации органических веществ и растворения труднорастворимых соединений фосфатов зависят от влажности и температуры почвы.
Трансформация органических остатков и растворение труднорастворимых соединений фосфора в осенне-зимне-весенний период приводит к увеличению запасов элементов питания, как в пахотном, так и в подпахотном слоях почвы, к весне следующего года по сравнению с осенью предыдущего года.
В серых лесных легкосуглинистых почвах с высоким содержанием валового фосфора труднорастворимые соединения фосфора растворяются в соответствии с их произведением растворимости.
Растворимость фосфатов в почвенной влаге в осенне-зимне-весенний период резко повышается с увеличением запасов влаги и в меньшей степени зависит от температуры почвы.
Оценка процессов растворения труднорастворимых фосфатов в системе «почвенный раствор - почва» с использованием алгоритма Горева-Пелешенко (1991) приводит к результатам, сопоставимым с экспериментальными данными.
Литература
1. Петербургский А.В. Круговорот и баланс питательных веществ в земледелие. - М.: Изд-во «Наука», 1979. - 168 с.
2. Пакшина С.М., Шохова Т.А. Миграционные потери калия, аммония, нитратов, и фосфатов из пахотного слоя серой лесной легкосуглинистой почвы в длительном полевом опыте // Агрохимия, 2011, № 9. - С. 14-18.
3. Иванов Н.Н. Об определении величин испаряемости // Известия Всес. Географического общества, 1954, Т. 86, № 2. - С. 189-195.
4. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. - М.: «Химия», 1989. - 447 с.
5. Горев Л.Н., Пелешенко В.И. Основы мелиоративной гидрохимии. - Киев: Изд-во «Высшая школа», 1991. - 535 с.
6. Щербаков А.П., Протасова Н.А., Беляев А.Б. Почвоведение с основами растениеводства. - Воронеж: Изд-во Воронежского университета, 1991 - 235 с.
