CC BY
20
УДК 631.61:338.436.33
ОКУЛЬТУРИВАНИЕ ЗОНАЛЬНЫХ ПОЧВ ЧЕРНОЗЕМЬЯ ОТХОДАМИ СВЕКЛОСАХАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА
ПИГОРЕВ И.Я.,
доктор сельскохозяйственных наук, профессор, проректор по научной работе и инновациям ФГБОУ ВО Курская ГСХА.
БЕСЕДИН Н. В.,
заведующий кафедрой почвоведения, общего земледелия и растениеводства имени профессора В.Д. Мухи ФГБОУ ВО Курская ГСХА, E-mail: [email protected].
НЕДБАЕВ В.Н.,
кандидат сельскохозяйственных наук ФГБОУ ВО Курская ГСХА. МАЛЫШЕВА Е.В.,
кандидат сельскохозяйственных наук ФГБОУ ВО Курская ГСХА.
Реферат. Результаты восьмилетних исследований показали, что мелиоративная смесь содержащая СаСO3 и МgSO4 способствует снижению кислотности почвы, улучшению доступности минерального фосфора, повышает плодородие почвы. Дефекат и фосфоритная мука нейтрализуют почвенную кислотность, а сульфат магния в мелиоративной смеси образует комплексную соль кальций-магний сульфат аммония, которая способствует поддержанию неравновесного содержания и соотношения в почве растворимых форм минеральных фосфатов и концентрации фосфат - ионов в почвенном растворе. Это является одним из характерных признаков его окультуривания серых лесных оподзоленных почв.
Ключевые слова: химическая мелиорация, мелиоративная смесь, плодородие почв, окультуривание, фосфатный режим.
ZONAL SOIL AMELIORATION CHERNOZEMYA WASTE SUGAR BEET PRODUCTION
PIGOREV I.J.,
Doctor of Agricultural Sciences, Professor, Vice-Rector for Research and Innovation FGBOU IN Kursk State Agricultural Academy.
BESEDIN N.V.,
Head of the Department of Soil Science, General Agriculture and Plant named after Professor V.D. Muha FGBOU IN Kursk State Agricultural Academy, E-mail: [email protected].
NEDBAEV V.N.,
Candidate of Agricultural Sciences FGBOU IN Kursk State Agricultural Academy. MALYSHEVA E.V.,
Candidate of Agricultural Sciences FGBOU IN Kursk State Agricultural Academy.
Essay. The results of eight years of research have shown that reclamation mixture containing SaSO3 and MgSO4 helps reduce soil acidity, improve the accessibility of the mineral phosphorus, increases the fertility of the soil. Or fosforitnaja and neutralize the acidity of the soil, flour and magnesium sulfate in reclamation mixture forms a complex salt calcium-magnesium ammonium sulphate, which contributes to the maintenance of non-equilibrium content and ratio in soil of soluble forms of mineral phosphates and phosphate concentrations of ions in the soil solution. This is one of the characteristic features of the reclamation of arable grayzems soil opodzolennyh.
Keywords: chemical reclamation, reclamation, soil fertility, mix making, phosphate mode.
В лесостепной зоне значительные площади пахотных земель занимают серые лесные оподзоленные почвы. Это кислые почвы, как правило, обладают пониженным плодородием. Для улучшения свойств кислых почв и повышения их плодородия проводят известкование.
А. Н. Соколовский еще в 1919 г. в статье «Значение извести для почвы» писал, что «всякого рода плодородные земли, встречающиеся в разных странах — и русский чернозем, и богатые почвы Германии, и тучные почвы в долине Нила — все они имеют одно общее: все они отличаются относительным богатством - известью» [1].
Как известно, известкование — это внесение в кислую почву кальция чаще в виде карбоната, реже — в виде окиси и гидроокиси.
Эмпирические и практические попытки познания этого процесса проистекают из глубокой древности. Однако научное изучение и осмысление закономерностей повышения плодородия почвы стало возможным после фундаментальных работ К. К. Гедройца, Д. Н. Прянишникова, О. К. Кедрова-Зихмана, Н.С. Авдонина, А.В. Петербургского, А.Н. Соколовского и других исследователей. Классические труды этих и многих других ученых привели нас к дальнейшему изучению этой тематики, в основе которой положено разработанное А. М. Гринчен-ко и В.Д. Мухой учение окультуривающего влияния современных агротехнологий на природное почвообразование с детальным анализом биогеохимических закономерностей, зональных особенностей и экоэволюционной направленности естественно-антропогенной эволюции
почв, согласно концептуальных обобщений В.И.Вернадского о биосфере.
Сущность химической мелиорации сводится в основном к нейтрализации почвенной кислотности, что вызывает целый ряд значительных изменений в почве.
Внесение извести прежде всего устраняет обменную и значительно снижает гидролитическую кислотность почвы. В настоящее, время этот факт неоспоримо установлен и используется в качестве основного диагностического признака при характеристике мелиорирующего действия извести и определении необходимости повторного или поддерживающего известкования.
Академик Д. Н. Прянишников указывал, что «из всех сторон многообразного действия извести на почву наиболее важной является устранение избыточной кислотности, борьба с которой и является обычно главным поводом к применению известкования..» [2].
Замена обменно-поглощенных катионов водорода на катионы кальция в почвенном поглощающем комплексе (ППК) широко известный прием в практике мирового земледелия и наука постоянно ищет пути его совершенствования и повышения эффективности.
Наиболее целесообразным мелиорантом и удобрением, действующим эффективно и мягко является дефекат -известьсодержащий отход свеклосахарного производства, представляющий собой не только кальцийсодержащее соединение, но и практически органо-минеральное удобрение. Профессор П.Ф. Бараков с полным основанием называл дефекат известковым навозом, в котором подстилка заменена известью.
В Курской области в 2016 сельскохозяйственном году площадь сахарной свеклы составила 115 тыс. га. Восемь сахарных заводов успешно перерабатывают ежегодно до 3,5 млн. тонн корнеплодов сахарной свеклы. При этом ежегодно на сахарных заводах накапливается до 30 млн. тонн органоминерального фильтрационного осадка - дефеката.
Однако, как известно, по данным М.Н. Кулешова [3] при регулярно проводимом известковании нередко избыток кальция снижает уровень урожайности и вызывает иногда даже хлороз возделываемых растений. Основная причина так называемого «известкового хлороза» заключается в снижении интенсивности фотосинтетической деятельности растения. Это обусловлено токсическим влиянием на растения почвенного железа, доступность и подвижность которого зависят от реакции среды. Для устранения данного отрицательного эффекта используют смесь карбонатов кальция и сульфатов кальция. Еще в 1956 году профессор Ленинградского университета В.Н.Симаков [4] в своих работах обратил внимание на то, что совместно внесенные известь и гипс в условиях кислых почв значительно эффективнее отдельно внесенных компонентов в том же количестве. Спустя десять лет закономерность, установленная В.Н.Симаковым в модельных опытах, была подтверждена В.Д. Мухой в полевых исследованиях и разъяснена сущность процесса [5].
В вопросе же влияния извести на режим фосфатов и условия фосфорного питания растений на кислых почвах не все так ясно, как в отношении азота.
Серые лесные оподзоленные почвы Центрального Черноземья как известно имеют низкое содержание подвижных минеральных форм фосфора, при достаточно высоком содержании его валовых запасов. Наиболее доступными для питания растений являются вторичные минеральные фосфаты, которые представлены в основном фосфатами кальция, разной основности и подвижности, и фосфатами полуторных окислов.
Предполагается, что фосфаты кальция, преобладающие в нейтральных или слабощелочных почвах, более доступны для растений, чем фосфаты полуторных оки-
слов, которые характерны в основном для кислых почв, ненасыщенных основаниями.
Под «подвижными» или «растворимыми» фосфатами понимают, как правило, не только то количество фосфора, которое может быть непосредственно усвоено растениями, но и те их соединения, которые сравнительно быстро могут переходить в почвенный раствор и являются ближайшим резервом пополнения источника фосфора для питания растений.
В последнее время в агрономической химии сложилось довольно устойчивое мнение о том, что известь мобилизует почвенные фосфаты и создает благоприятные условия для фосфорного питания растений. По данным многих исследователей, такое действие извести обусловлено следующими явлениями:
1) переходом фосфатов алюминия и железа в более доступные для растений фосфаты кальция;
2) улучшением условий деятельности микроорганизмов, переводящих фосфор из недоступной органической формы в доступную — минеральную;
3) устранением антагонизма между фосфором и алюминием в растениях;
4) усилением усваивающей способности растений.
Факт улучшения фосфорного питания подтверждается в большинстве работ результатами анализа почвы, показывающими значительное увеличение так называемых «доступных» форм почвенного фосфора после проведения известкования.
Наши же исследования показали совершенно противоположные результаты. Данные, подтверждающие это явление, можно обнаружить и в отечественной, и в зарубежной литературе. Академик Д. Н. Прянишников, проводя вегетационные опыты в условиях песчаных культур, еще в 1907 г. установил: если источниками фосфорного питания являются фосфаты железа и алюминия, внесение извести подавляет развитие растений и поглощение ими фосфора [6]. Современные исследователи делают аналогичные выводы, обращая внимание на ухудшение фосфорного питания растений при проведении известкования. В результате повышается фосфатный потенциал почвы и, естественно, снижается доступность фосфора растениям [7].
Внесение извести даже совместно с фосфорными удобрениями способствует образованию труднорастворимых фосфатов в прямой пропорции с дозами извести.
Относительную подвижность фосфорных соединений в почвах характеризует отношение подвижного фосфора к валовому. Результаты наших исследований показали, что подвижность почвенных фосфатов в серых лесных почвах невысокая. При валовом содержании 144 мг Р205 на 100 г почвы в различные вытяжки переходит незначительное количество подвижного фосфора. Среднее содержание подвижного фосфора в серой лесной почве, извлекаемого вытяжкой Кирсанова, колеблется в пределах 1012 мг Р205 на 100 г почвы.
Результаты стационарного опыта, проведенного на протяжении 2008-2012 гг., свидетельствуют, что в условиях интенсивного сельскохозяйственного использования содержание в почве его растворимых форм практически не изменяется за ротацию пятипольного зерно - пропашного севооборота и колеблется в пахотном слое в пределах 18,7 мг Р205 на 100 г почвы при существенном увеличении до 180-200 мг на 100 г почвы валового фосфора. За пятилетний период в севообороте было внесено 240 кг/га действующего вещества минерального фосфора. Наличие в почве более 150 мг /кг подвижного фосфора свидетельствует об их зафосфаченности. Растения негативно реагируют на это и не увеличивают прибавку урожая [8].
Результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что фосфатный фонд серых лесных почв устойчив и обладает способностью поддерживать генетически сложившееся равновесие в содержании и соотношении форм минеральных фосфатов.
Внесенные в почву труднорастворимые соединения минеральных фосфатов кальция переходят в более растворимые соединения. Поэтому, для улучшения условий фосфатного питания растений необходимо повышать концентрацию фосфат-ионов в почве. Это можно достигнуть путем активного вмешательства в физико-химические процессы, происходящие в почве, с целью увеличения концентрации метастабильных соединений фосфора за счет труднорастворимых форм, либо путем внесения в почву фосфора с органическими и минеральными удобрениями.
Внесение фосфорных удобрений является обязательным и эффективным приемом получения высоких стабильных урожаев сельскохозяйственных культур, а также повышения уровня плодородия почв.
В Курской области имеются значительные запасы фосфоритного сырья, которое можно без химической переработки использовать в сельском хозяйстве как фосфорное удобрение. Четыре фосфоритоносных желвако-вых месторождения представлены фосфоритами песчаного типа. Фосфоритная мука полученная из этого сырья является перспективным фосфорным удобрением. Многолетние исследования ВИУА свидетельствуют о том, что 1 центнер фосфоритной муки дает прибавку урожая зерна в 3-4 центнера.
При внесении удобрений фосфор быстро поглощается почвой, поэтому растения используют фосфаты не удобрений, а из соединений, которые образовались при их взаимодействии с почвой. Фосфатное равновесие в почвенном растворе может изменяться под влиянием ряда факторов: состава фосфатов твердой фазы, процессов адсорбции и десорбции, синтеза и распада органических и минеральных соединений, взаимодействия растений и жизнедеятельности микроорганизмов.
Внесение извести совместно с фосфорными удобрениями вызывает нейтрализацию почвенной кислотности и перегруппировку различных форм минеральных фосфатов. Фосфорное питание растений в условиях произвесткованной кислой почвы зависит от интенсивности двух химических процессов:
а) освобождения ионного фосфора из фосфатов алюминия и железа в результате образования гидроокисей;
б) фиксацией фосфора в виде высокоосновных труднодоступных соединений с кальцием.
Если скорость первого процесса преобладает над скоростью второго, то фосфорное питание растений улучшается. Если скорости процессов равны, то изменения в питании растений фосфором не наблюдается. Если же скорость второго процесса превышает скорость первого, то фосфорное питание растений ухудшается.
Общее количество минерального фосфора при этом остается неизменным. Из этого следует, что в результате этого накопление в почве так называемых «остаточных» фосфатов, а также высокоосновных труднодоступных соединений с кальцием повышает фосфатный потенциал почвы, что приводит к ухудшению фосфорного питания культур в севообороте.
Внесение известьсодержащих материалов в условиях темно-серой оподзоленной почвы способствовало уменьшению процентного содержания фосфора в растениях, по сравнению с неудобренными вариантами, несмотря на увеличение в почве содержания кальций -фосфатов и снижение содержания алюмо- и -железофосфатов.
Предложенная нами новая мелиоративная смесь СаСО3 + MgSO4 вносилась с учетом уровня гидролитической кислотности и в соотношениях характерных для серых лесных почв лесостепи (дефекат - 5 т/га + сернокислый магний - 1 т/га севооборотной площади) [9,10].
Результаты вегетационного опыта, проведенного в 2013 году показали, что карбонат кальция, внесенный в дозе 5 т/га, уже через месяц вызвал в пахотном горизонте значительную нейтрализацию кислотности. Значение рН/кс1/ повысилось на варианте 2 до 5,9 (4,2 на контроле), а величина гидролитической кислотности /Нг/ уменьшилась от 5,7 до 3,18 мг-экв/100 г почвы (таблица 1).
Несмотря на значительное увеличение в почве на этом варианте содержания кальций - фосфатов с 10 до 14 мг/100 г почвы произошло снижение содержания фосфора в растениях, по сравнению со всеми изучаемыми вариантами на 0,04-0,16 % (таблица 2). На этом варианте не наблюдается накопления сухого вещества по причине ухудшения фосфорного питания растений
При совместном использовании дефеката и сернокислого магния происходит наложение действия этих соединений, в результате которого остаточные фосфаты сохраняются на протяжении длительного периода в аморфной форме и не переходят в кристаллизованные соединения.
Как видно добавка сернокислого магния к дефекату обусловливает резкий положительный эффект в накоплении сухого вещества растениями ячменя, с 5,8 до 6,9 г/сосуд по сравнению с известкованной почвой.
Варианты опыта рНка Нг | А1 ^ин | Р205 | К20 | Са++
мг-экв /100г почвы мг/100г почвы
N60?60^0- Фон 4,2 5,70 0,28 9,5 10,0 10,9 13,5
Фон+Дефекат,5 т/га 5,9 3,18 0,08 13,6 14,0 13,6 25,5
Фон +МgSO4, 1 т/га 4,6 4,42 0,32 14,5 12,2 14,0 28,6
Фон + Дефекат, 5 т/га + MgSO4, 1 т/га 6,2 3,10 0,08 14,8 18,7 14,3 35,0
Таблица 2 - Накопление сухого вещества и элементов минерального питания в растениях овса (фаза колошения), 2013 г.
Вариант опыта Сухое вещество, г/сосуд N % Р205,% К20,% СаО,%
N6^60^0- Фон 5,7 1,6 0,28 0,18 0,8
Фон +. Дефекат, 5 т/га 5,8 2,2 0,20 0,20 1,7
Фон +МgSO4, 1 т/га 6.2 1,2 0,24 0,16 2,3
Таблица 1 - Агрохимические показатели темно-серой оподзоленной почвы по различным вариантам вегетационного опыта, 2013 г.
Фон +. Дефекат, 5 т/га + мй804, 1 т/га | 6,9 | 2,4 | 0,36 | 0,26 | 2,0
Таблица 3 - Влияние мелиоративной смеси на продуктивность звена севооборота, 2014-2016 гг.
2014 г. 2015 г. 2016 г. Суммарная продук- Прибавка, ц/га
Вариант опыта тивность в з.е., ц/га
Озимая пше- Кукуруза Ячмень
ница на зерно
МбэРб0Кб0 - Фон 38,6 52,0 32,5 123,1 --
38,6 52,0 32,5
Фон +. Дефекат-5 т/га 44,2 55,1 34,7 134,0 10,9
44,2 55,1 34,7
Фон +МgS04-1 т/га 39,4 53,5 33,2 125,1 2,0
39,4 53,5 32,2
Фон + Дефекат - 5 т/га + 46,8 58,7 38,8 144,3 21,2
MgS04- 1 т/га 46,8 58,7 38,8
Примечание: числитель-урожайность сельскохозяйственных культур в ц/га; знаменатель-урожайность сельскохозяйственных культур в зерновых единицах.
ш
I"/
' Ч
¡V /
1*1 Г Г
т
£ 1
ш
ж
Ш/ф 1 ;.]• » . я о
/Г)
•У
Ш'
3
ши
i
кяанВщ'
1
О?» -
Рисунок 1 - Влияние приемов окультуривания на накопление сухого вещества в растениях овса, г/сосуд, 2013 г.
Рисунок 2 - Многолетний опыт с озимой пшеницей, фаза колошения, после внесения дефеката и сернокислого магния, 2016 г.
Результаты трехлетнего полевого опыта (2014-2016 разовывать растворимую комплексную соль кальций-г.г) показали, что внесение в почву извести в виде де- магний сульфат аммония-^^)^ [Ca(S04)2 MgHPO4. феката и сернокислого магния существенно повышало Она способствует поддержанию неравновесного
урожайность возделываемых растений как в результате содержания и соотношения в почве растворимых форм прямого действия (2014 г.), так и в последействии. При минеральных фосфатов и концентрации фосфат - ионов этом наибольший эффект был получен на делянках, где в почвенном растворе, а карбонат кальция нейтрализует дефекат (СаСО3) вносили совместно с сернокислым повышенную кислотность, растения получают возмож-магнием (MgSO4) таблица 3, рисунок 2. ность свободно поглощать аммонийный азот и кальций,
Вывод. Таким образом, становится понятно, что недоступность которых в оподзоленных почвах явля-повышенная эффективность совместного использова- ется одним из главных лимитирующих факторов при ния в условиях кислых почв извести и сернокислого возделывании сельскохозяйственных культур. В связи с магния, по сравнению с внесением только извести про- этим установлено, содержание в пахотном слое темно-исходит в результате способности сульфата магния об- серой лесной почвы остаточных фосфатов является одним из характерных признаков его окультуривания.
Список использованных источников
1. Соколовский А.Н. Значение извести для почвы // В сб.: Известкование почвы в связи с внесением удобрений. -М.,1919. - С.57-71.
2. Прянишников Д. Н. Агрохимия: Избр. соч., т. I. — М.: Колос, 1965.
3. Кулешов М.Н. Использование извести и гипса для химической мелиорации и удобрения кислых почв. Кулешов М.Н. Лекция / Харьковский сельскохозяйственный институт им.В.В. Докучаева. - Харьков, 1980. - 39 с.
4. Симаков В.Н. К вопросу об увеличении эффективности известкования подзолистых почв гипсованием их // Ученые записки Ленинградского госуниверситета. - № 221. - Вып. 42. -1956. - С. 36-39.
5. Муха В.Д. Влияние гипса на эффективность припосевного внесения дефеката и некоторых минеральных удобрений на мощном чернозёме: автореф. дисс... канд. с.-х. наук. - Харьков,1966. - 22 с.
6. Прянишников Д. Н. К вопросу об известковании // В сб.: Известкование почвы в связи с внесением удобрений. -М., 1919. - С. 95-409.
7. Муха В.Д. Естественно-антропогенная эволюция почв (общие закономерности и зональные особенности). - М.: КолосС, 2004. - 271 с.
8. Эффективность дефеката как комплексного мелиоранта кислых почв юго-западной Лесостепи РФ / В.Д. Муха, И.Я. Пигорев, О.Н. Мирошниченко, В.Н. Недбаев // Вестник Харьковского НАУ им.В.В. Докучаева. - 2010. - № 1. - С. 54-58.
9. Эффективность мелиоративной смеси на темно-серой лесной почве юго-западной Лесостепи России / В.Д.Муха,
0.Н. Мирошниченко, В.Н. Недбаев, С.И. Худяков // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. - 2014. - № 1. - С. 27-28.
10. Патент на изобретение № 2487106 «Способ химической мелиорации серых лесных почв» от 10.07.2013 г.
11. Пигорев И.Я., Привало О.Е., Журавлев А.А. Анализ производства агроценозов в условиях Курской области / Известия Оренбургского государственного аграрного университета. - 2009. - Т.1. - № 21. - С. 184-185.
12. Об инновационных технологиях в земледелии / И.Я. Пигорев, В.М. Солошенко, В.Н. Наумкин и др. // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. - 2016. - № 3. - С. 32-36.
List of sources used
1. Sokolovskij A.N. Value of lime to the soil.- Sat.: chalking of soils in relation to fertilizers m., 1919. - Pp. 57-71.
2. Pryanishnikov D. N. Agrochemicals: fav. cit., t. i. m.: Kolos, 1965.
3. Kuleshov M. N. Using lime and gypsum for chemical fertilizer and land reclamation of acidic soils. Kuleshov M.N. Lecture / Har'k. c.-h. inst them. V.V. Dokuchaev, Kharkov, 1980, with 39.
4. Simakov V.N. to the issue of increasing the effectiveness of liming podzolic soils gipsovaniem them // memoirs of the Leningrad State University. - № 221.-Iss 42. -1956. - P. 36-39.
5. Muha V.D. Influence of gypsum on the effectiveness of using and making some pre-sowing fertilizers on chernozem: Katege. Dees. Cand. s. h. Sciences. - Kharkov, 1966. - P. 22.
6. Pryanishnikov D. N. Held the question of liming - sat: chalking of soils in relation to fertilizers. M., 1919. - Pp. 95-409.
7. Muha V.D. Course-anthropogenic evolution of soils (General regularities and zonal features). -M.: colossus, 2004.-271 c.
8. Effectiveness using complex ameliorant as acidic soils of South-West forest-steppe zone of the Russian Federation / V.D. Muha,
1.Ya. Pigorev, O.N. Miroshnichenko, V.N. Nedbaev // Gazette of the Kharkov NAU them. V.V. Dokuchaev, 2010. - № 1. - Р. 54-58.
9. Muha V.D., Miroshnichenko O.N., Nedbaev V.N., Khudyakov S.I. Effectiveness of reclamation mixture on dark-gray forest soils of South-West forest-steppe of Russia // Vestnik of Kursk State Agricultural Academy. - 2014. - № 1. - 27-28.
10. Patent for invention № 2487106 "Method of chemical reclamation of arable grayzems soils" from 10.07.2013.
11. Pigorev I.Ya., Privalo O.E., Zhuravlev A.A. Analysis of the production of agrocenoses in the Kursk region / Proceedings of the Orenburg State Agrarian University. - 2009. - T.1. - No. 21. - P. 184-185.
12. About innovative technologies in agriculture / I.Ya. Pigorev, V.M. Soloshenko, V.N. Naumkin et al. // Bulletin of the Kursk State Agricultural Academy. - 2016. - No. 3. - P. 32-36.
