CC BY
15ОНИ ПОВЫШАЛИ ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ ОПОЛЬЯ
В.В. Окорков, д. с.-х. н. — Владимирский НИИСХ Россельхозакадемии,
Email: [email protected]
Расширение работ по селекции зерновых культур, необходимость контроля за качеством продукции при активно развивающихся селекционных работах, регулирование условий минерального питания полевых культур вызвали необходимость создания при опытной станции агрохимической лаборатории (агрохимии и почвоведения), преобразованной в девяностых годах в отдел агрохимии и экологии.
Основателем лаборатории агрохимии и почвоведения отдела земледелия был Н.З. Лайков. Он работал зав. отделом земледелия и первым на научной основе стал изучать структурно-механические и агрохимические свойства почв колхозов Владимирской области. С 1959 г. лаборатория функционирует на правах научного отдела во главе с Н.З. Лайковым. В этот период агрохимические исследования расширились и уже велись по различным направлениям. Б.Н. Петелиным, Е.С. Литвиненко, Е.А. Федоровым, В.А. Никитиным, А.С. Ереминым активно изучались эффективность доз, сроков и способов внесения удобрений под различные полевые и кормовые культуры, их сочетания с системами обработки, влияние технологий возделывания культур на изменение физико-химических свойств почвы. Руководителями лаборатории до 1973 г. были Петр Ефимович Белоус и Татьяна Владимировна Тюлина. 20 лет - с 1973 по 1993 гг. - возглавлял лабораторию кандидат сельскохозяйственных наук Григорьев Александр Арсентьевич. В 1993-1994 гг. она входила в состав биотехнологического центра, руководителем которого был профессор Бондаренко Алексей Фомич. В 1994 г. лаборатория агрохи-
мии и почвоведения была реорганизована в отдел агрохимии и экологии. В отдел входило три лаборатории:
- агрохимии; заведующий - кандидат химических наук И.Ю. Винокуров
- физико-химических исследований; заведующий - доктор сельскохозяйственных наук В.В. Окорков (он же зав. отделом агрохимии и экологии);
- тяжелых металлов и микроэлементов, заведующая -мкандидат биологических наук Д.В. Карпова.
В 1996 г. из состава отдела выделилась в самостоятельное подразделение лаборатория эколого-агро-технологических проблем освоения адаптивно-ландшафтных систем во главе с кандидатом химических наук И.Ю.Винокуровым, а в 2002 г. в связи с сокращением лаборатории тяжелых металлов и микроэлементов научные подразделения были объединены в отдел агрохимии и экологии.
В 1969 г. М.Ф. Аркадьевой был заложен в трех закладках длительный полевой опыт по изучению влияния минеральных, органических и орга-номинеральных удобрений, роли различных элементов питания и известкования на продуктивность 7- польного севооборота.
В опыте изучено влияние систем удобрения на динамику агрохимических и физико-химических свойств серой лесной среднесуглинистой почвы и качество получаемой растениеводческой продукции. Была разработана нормативная база по роли видов удобрений и их доз в повышении продуктивности возделываемых культур и плодородия серых лесных почв Ополья. Выявлена в целом более слабая роль одних органических удобрений в увеличении продуктивности полевых культур по сравнению с минеральной и органоминеральной системами. На основании этих исследований обосновывалась система удобрения в опытном хозяйстве и сельскохозяйственных предприятиях опольной зоны, серые лесные почвы которой занимают 220 тыс. га из 650 тыс. га пашни области.
Весьма важными для теории и практики земледелия на землях Владимирского ополья были исследования заместителя директора по научной работе, кандидата сельскохозяйственных наук А.А. Григорьева по влиянию доз извести, минеральных удобрений и их сочетаний на физико-химические
свойства серых лесных почв и их продуктивность (1982-1990 гг.). Обобщение результатов этих опытов и исследований ученых в различных зонах страны позволило обосновать поддерживающие дозы внесения извести при различных уровнях интенсификации производства сельскохозяйственной продукции, предложить механизм взаимодействия известковых материалов с поглощающим комплексом кислых почв (В.В. Окорков «Поглощающий комплекс и механизм известкования кислых почв», Владимир, 2004 .- 181 с.; В.В. Окорков, Н.П. Коннов «Основы химической мелиорации кислых почв», Владимир, 2008. - 248 с.).
Это направление исследований, связанное с уточнением доз внесения химических мелиорантов, механизма взаимодействия их с поглощающим комплексом кислых почв, продолжается в отделе и в настоящее время. В частности установлено, что для повышения продуктивности кислых почв, окупаемости применяемых удобрений важно улучшать физико-химические свойства не только пахотного слоя, но и подпахотных горизонтов. Это увеличивает мощность корнеобитаемого слоя кислых почв для культурных растений, т.е. увеличивает размеры использования ими запасов почвенной влаги и стабилизирует урожай сельскохозяйственных культур на более высоком уровне и в засушливые годы.
Выявлен механизм взаимодействия извести с поглощающим комплексом (ПК) кислых почв. Он связан с гидролизом ионов СО32- с образованием ионов ОН-, НСО3- и Н2СО3. Образовавшиеся ионы ОН- взаимодействуют с ионами Н+ и обменного алюминия с образованием малодиссоциированного (Н2О) и малорастворимого [А1(ОН)3] соединений. Места связанных ионов Н+ и А13+ в обменном комплексе занимают ионы кальция.
Установлено, что степень гидролиза карбонат-ионов при высоких значениях гидролитической кислотности 6-8 мг-экв/100 г почвы составляет около 90-95 % для половинной дозы извести и 70-80 % - для полной, эквивалентной НГ. Мелиоративное действие извести наблюдается в основном в слое ее внесения. При низких величинах НГ (3-4 мг-экв/100 г почвы) в слое внесения гидролиз карбонат-ионов протекает преимущественно по 1-й ступени, коэф-
8лаЭишрсШ ЗемлеШеЩ)
№ 2 (64) 2013
фициент использования известковых материалов снижается до 0,5-0,6. При полной дозе известкового материала наблюдается его мелиорирующее действие не только в слое внесения, но и в подпахотном горизонте. Ведутся исследования по разработке путей быстрого снижения кислотности в подпахотных горизонтах с целью увеличения мощности корнеобитаемого слоя почвы.
Для целей мелиорации кислых почв изучается и механизм взаимодействия гипса с ПК. Результаты исследований свидетельствуют, что коэффициент использования полной дозы гипса, рассчитанной по гидролитической кислотности (НГ), в 4-5 раз ниже, чем эквивалентной дозы извести. В почвах с высоким содержанием обменного алюминия механизм его снижения гипсом связан с осаждением А1 в твердой фазе почвы ионами Б042" и ОН-, а также с передвижением водорастворимых комплексов А1 с сульфат-ионами в более глубокие слои почвы.
Установлено, что для мелиорации кислых почв возможно применение смесей известь- и гипсосодержащих мелиорантов. В смеси доза гипсосо-держащего мелиоранта должна составлять % - У нормы от НГ. Гипс понижает величину рН почвенного раствора и соответственно повышает степень гидролиза карбонат-ионов извести и коэффициент ее использования. Гип-сосодержащие мелиоранты улучшают и питание возделываемых культур серой. Однако при их применении по сравнению с известьсодержащими в несколько раз повышается вынос двухвалентных катионов кальция и магния глубже 40 см. При взаимодействии ПК с карбонатами кальция и магния в пересчете на СаСОЗ вынос кальция и магния варьировал от 100 до 230 кг/га, а с гипсом - в пересчете на гипс до 4 т/га. В этом случае концентрация почвенного раствора обладает высоким коагулирующим действием на почвенные коллоиды, что может снижать интенсивность вводно-эрозионных процессов на склоновой пашне.
Начиная с 1988 г. в лаборатории агрохимии и почвоведения опытной станции работали кандидаты сельскохозяйственных наук Н.А.Батяхина, О.С.Чернов, которые вели результативные исследования по ускоренному повышению плодородия серых лесных почв Ополья за счет применения органических и минеральных удобрений, возделывания сидератов в пару, пожнивной сидерации и утилизации соломы зерновых культур. Совместно с другими подразделениями института кандидатами наук Д.В.Карповой. и
И.Ю.Винокуровым проведены исследования возможности широкого применения в сельскохозяйственном производстве биопрепаратов (регрос-С, гумисол, вермикомпост), экологически безопасных средств защиты растений (фитоверм, триходермин). В краткосрочных опытах изучалась отзывчивость основных полевых культур на применение минеральных удобрений в зависимости от ландшафтных особенностей серых лесных почв .В 1991-1993 гг. А.А. Григорьевым был заложен полевой стационарный опыт по разработке экологически безопасных систем удобрения на серых лесных почвах Владимирского ополья. В связи с реорганизацией ряда подразделений института с 1994 г. исполнителем этого опыта становится зав. отделом агрохимии и экологии, доктор сельскохозяйственных наук В.В.Окорков. В 8-польном севообороте, развернутом во времени и пространстве в трех полях, изучалось влияние систем удобрения на продуктивность возделываемых культур, качество продукции, экологическое состояние и плодородие серых лесных почв. Опыт входит в Географическую сеть опытов Всероссийского НИИ агрохимии им. Д.Н. Прянишникова. С 2000 г. к исследованиям на этом опыте активно подключилась научный сотрудник отдела О.А.Фенова . В 2011 г. ею была успешно защищена кандидатская диссертация на тему «Эффективность органических и минеральных удобрений в севообороте на серых лесных почвах Владимирского ополья».
Исследованиями установлено, что серые лесные почвы в отличие от окружающих почв подзолистого типа характеризуются не только благоприятными агрохимическими свойствами пахотного слоя, но и физико-химическими и химическими свойствами подпахотных горизонтов, позволяющими возделываемым культурам использовать из них влагу и элементы питания. Из слоя почвы 40-100 см может поглощаться до 60-75 мм накопленной влаги, а в отдельные годы до 98 мм, В засушливые годы это позволяет стабилизировать урожайность возделываемых культур, повышать окупаемость применяемых удобрений.
Выявлена определяющая роль применения азотных удобрений на урожайность полевых культур. Они формируют более высокие запасы нитратного азота в слое почвы 0-40 см в ранние фазы роста и развития возделываемых культур. Это обеспечивает более высокую степень кущения зерновых культур, закладку ими большего числа репродуктивных органов в коло-
се, в конечном счете - более высокую урожайность на удобренных полным минеральным удобрением полях; в 1,5-2,0 раза уменьшается расход влаги на создание единицы продукции. Впервые введено понятие мобильный фонд (МФ) азота в почве. Он представляет сумму запасов нитратного и аммонийного азота в жидкой фазе почвы и на 50-80 % состоит из нитратного азота. Между урожаем культур и мобильным фондам азота как и с запасами нитратного азота выявлена весьма тесная взаимосвязь. Разработана методика расчета МФ азота почвы.
Теоретически объяснена неравноценность нитратной и аммонийной (обменной) форм азота в питании полевых культур. Это связано с нахождением всего нитратного азота в жидкой фазе, а аммонийного - лишь равновесного. Поведение аммонийного азота и обменного калия на серых лесных почвах подчиняется одним и тем же закономерностям ионного обмена.
Обобщение результатов исследований показало, что по мере насыщения поглощающего комплекса серых лесных почв элементами питания отдача от вносимых удобрений возрастает. При применении умеренных доз МРК оптимальная насыщенность поглощающего комплекса элементами питания достигается через 10-15 лет. Прерывание в использовании удобрений ведет к снижению их окупаемости.
Впервые в отделе исследования по гумусовому состоянию серых лесных почв Владимирского ополья различного сельскохозяйственного использования были начаты кандидатом биологических наук Карповой Диной Вячеславовной, затем продолжены старшими научными сотрудниками Л.А.Окорковой и О.А.Феновой. В результате исследований установлено, что по сравнению с фоном известкования и контроля в 1-й ротации 8-польно-го севооборота стационарного опыта 1 т подстилочного навоза и 1 кг азота минеральных удобрений повышали содержание гумуса в почве соответственно на 55 и 9,8 кг/га. Во 2-й ротации севооборота по сравнению с 1-й от изучаемых систем удобрений наблюдали стабилизацию гумусового состояния почвы. Выявлено также, что систематическое применение навоза и полного минерального удобрения улучшают и качество гумуса, повышая отношение гуминовых кислот к фульвокислотам. При внесении минеральных туков это происходит за счет более высокого участия азота их в питании культур и снижения роли гуминовых кислот в этом процессе.
Исследования выявили (Окорков В.В., «Антропогенная трансформация серых лесных почв Владимирского ополья при длительном применении удобрений», 2012) слабое влияние систем удобрения на относительное содержание лабильного и подвижного гумуса (в % от общего содержания гумуса), а также извлекаемого горячей водой (метод Шульца). В то же время они влияли на содержание общего гумуса. В силу этого абсолютное содержание указанных подвижных и лабильных форм гумуса (% от массы почвы) возрастало как от применения навоза, так и полного минерального удобрения. В итоге установлено, что наиболее тесно эффективное плодородие серых лесных почв (урожай зерна ячменя в конце 2-й ротации) коррелировало с запасами нитратного азота в слое почвы 0-40 см в период всходов культур (коэффициент корреляции для линейной взаимосвязи 0,868, для степенной 0,895) и содержанием С гумуса (% от массы почвы), извлекаемого 0,1 Н №ОН (коэффициенты корреляции 0,818 и 0,819). Коэффициенты корреляции для линейной зависимости урожая ячменя с углеродом гумуса (% от массы почвы), извлекаемого пирофосфатной вытяжкой и горячей водой, составили 0,590 и 0,514, а для степенной взаимосвязи - 0,600 и 0,517.
Учитывая простоту и экспрессность метода определения содержания нитратов с помощью ионоселективного нитратного электрода, рекомендуется оценивать эффективное плодородие серых лесных почв Ополья по запасам нитратного азота в слое почвы 0-40 см в период всходов возделываемых культур. В этом случае определяется и необходимость проведения азотных подкормок.
При использовании современного оборудования в отделе выявлено улучшение кормовых и пищевых достоинств возделываемых культур под влиянием рекомендуемых доз удобрений. Не установлено загрязнения продукции ТМ и нитратами.
Разработанная система удобрения (среднегодовая доза полного минерального удобрения М40-50Р40-50К45-60 с одноразовым внесением в занятом пару 40-60 т/га навоза) обеспечивает получение 40-45 ц з.е. с 1 га севооборотной площади и окупаемость 1 кг д.в. МРК 5,9-6,9 кг з.е. (Окорков В.В., Ненайденко Г.Н., Фенова О.А., Окоркова Л.А., 2010).
С 1996 г. совместно с отделом интенсивного земледелия велись исследования по разработке теории и практики ландшафтной агрохимии. Результаты
исследований обобщены в монографиях: Окорков В.В. «Опыт изучения адаптивно-ландшафтных систем земледелия на серых лесных почвах Владимирского ополья» (Владимир, 2003. - 280 с.), Окорков В.В., Григорьев, А.А., Фенова О.А., Окоркова Л.А. «Приемы применения агрохимических средств на землях с неоднородным почвенным покровом в зоне Владимирского ополья» (Владимир, 2010. - 188 с.).
С 2006 г. старшим научным сотрудником Л.А.Окорковой проводились исследования по разработке эффективных приемов использования местных органических удобрений в адаптивно-ландшафтном земледелии. В опытах с навозом КРС и различными дозами куриного помета и минеральных удобрений, с сочетанием минеральных удобрений и помета кур было изучено влияние систем удобрений на элементы плодородия серой лесной почвы, продуктивность возделываемых культур и качество продукции, коэффициенты использования элементов питания. Выявлена линейная зависимость между балансовым коэффициентом использования азота и дозами его внесения для вариантов полного минерального удобрения (одинарная и двойная дозы) и сочетания его (одинарная доза) с куриным пометом. Для органической системы удобрения 5 вариантов эта взаимосвязь описывается уже экспоненциальной зависимостью. При балансовых коэффициентах использования азота удобрений за севооборот около 100 % при органомине-ральной системе достигается весьма высокая окупаемость удобрений прибавкой урожая (около 6-7 кг з.е. на 1 кг д.в.). Для минеральной и органо-минеральной систем с участием азотных удобрений балансовые коэффициенты использования азота достоверно более высокие, чем для органической системы. Это связано с формированием более высокого МФ азота при полной минеральной и органомине-ральной системах удобрения, чем при органической или смешанной (без применения азотных туков). А более высокий МФ азота в ранние фазы развития культур обеспечивает и более высокую урожайность полевых культур (за исключением бобовых). Сделан вывод о значительном повышении эффективности органических удобрений применением азотных туков в подкормку озимых или под культивацию яровых культур. Это обусловлено и тем, что накопленные с осени при разложении навоза нитраты весной с талыми водами передвигаются глубже 40 см и в ранний период вегетации и всходов будут по-
зиционно малодоступны растениям и слабо влиять на элементы продуктивности культур. Применение азотных удобрений в ранний период обеспечит высокие запасы нитратного азота в почве и его МФ тем самым и высокую прибавку урожая культур.
Результаты исследований были обобщены в рекомендациях «Научно-практическое обоснование технологий экологически безопасного использования местных органических удобрений на серых лесных почвах Владимирского ополья» (Владимир-Иваново, 2010. - 92 с.). Продолжает исследования по повышению эффективности органических удобрений на почвах Ополья научный сотрудник отдела агрохимии и экологии Семин Игорь Валерьевич.
Отдел работает в тесном сотрудничестве со многими научными центрами и вузами страны.
Так, по исследованиям, выполненным в отделе агрохимии и экологии ГНУ Владимирский НИИСХ Россельхозакадемии с участием научных консультантов доктора сельскохозяйственных наук Н.П. Чижиковой (Почвенный институт имени В.В. Докучаева) и доктора биологических наук П.Н. Балабко (МГУ), кандидатом биологических наук Д.В.Карповой, в 2009 г. была защищена докторская диссертация на тему «Оценка агроэкологического состояния серых лесных почв Владимирского ополья» (специальность экология и почвоведение). Исследования по экологическому состоянию почв Владимирской области продолжаются сотрудниками отдела и института и в настоящее время. В 2010 г. подготовлено и издано методическое пособие «Агро-экологический мониторинг сельскохозяйственных угодий во Владимирском регионе» (Владимир 2010. - 120 с.). Особое внимание обращено на неблагоприятное экологическое состояние кислых дерново-подзолистых почв, связанное с высоким содержанием обменного алюминия.
В сотрудничестве с ФГБОУ ВПО «Ивановская ГСХА им. академика Д.К. Беляева» проводились исследования по использованию спиртовой барды и бардяного осадка в хозяйствах Ивановской и Владимирской областей, испытания нового сложного удобрения на основе системы NH4-NH4H2PO4 (САФУ). Результаты первых исследований в 2012 г. обобщены в книге Георгия Николаевича Ненайденко и Леонида Инокентьевича Ильина «Инновационные направления утилизации после-спиртовой барды». - М., 2012. - 244 с. В ней рассматривается проблема полной утилизации послеспиртовой барды.
¡)лаЭитрсШ ЗемлеШеЩ)
№ 2 (64) 2013
Она может решаться такими путями: получение концентрированной барды, ее сушка, утилизация в качестве жидкого органического удобрения на фоне известкования и в сочетании с минеральными удобрениями. Впервые даны агрохимические и агроэколо-гические оценки нового местного удобрения - бардяного осадка (ила).
Сложное азотно-фосфорное удобрение (САФУ) нового поколения производится ОАО «ФосАгроЧереповец». Оно содержит 31 % азота и 5 % Р2О5, безопасно в работе и по физико-химическим, агрохимическим и агроэколо-гическим качественным характеристикам превосходят аммиачную селитру. При внесении под сельскохозяйственные культуры новое удобрение не уступает по эффективности аммиачной селитре или мочевине (Ненайденко Г.Н., Акаев О.П., Ильин Л.И. Сложное удобрение на основе системы «МИ4-МИ4И2Р04». - Иваново: ПресСто, 2013. - 152 с.).
В отделе агрохимии и экологии выполняются химические анализы почв, продукции и удобрений для различных подразделений института, велся контроль за качеством продукции и кормов, получаемых в производстве. Особый вклад в организацию аналитической работы принадлежит старшему научному сотруднику отдела Л.А.Окорковой. Она обучила аналитической работе научных сотрудников С.В.Фетисову и лаборанта-исследователя И.В.Кротову. Сотрудники отдела помнят и ценят безупречную работу старшего лаборанта-исследователя А.М.Ксенофонтовой, проработавшей в отделе около 20 лет.
Неоценимую помощь в проведении
полевых работ, отборе почвенных и растительных образцов, их подготовке к анализам оказывает техник отдела А.В. Фенов.
В настоящее время в отделе применяются такие современные методы анализа агрономических объектов, как ионометрия, фотометрия, пламенная фотометрия. В ближайшее время планируется восстановить работу ИК- и рентгенфлуоресцентного анализаторов. Эксплуатация этих приборов позволяет быстро определять качество растительной продукции (содержание белка, фосфора, калия, клетчатки, жира, сахаров и др. компонентов), а также валовое содержание ряда микроэлементов и тяжелых металлов, более целенаправленно проводить исследования по селекции зерновых культур в институте и разработке комплексных проектов адаптивно-ландшафтных си-
стем земледелия в хозяйствах области. Приобретение современного оборудования позволит углубить исследования и по выявлению роли микроэлементов в современных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур, повышении продуктивности серых лесных почв и окупаемости удобрений.
За 2008-2013 гг. сотрудники отдела опубликовали около 100 печатных работ, в т.ч. приняли участие в издании 9 монографий и книг, 5 технологиях возделывания сельскохозяйственных культур и научно-методических разработок. Юбилейный год 75-летия Владимирского НИИСХ коллектив отдела встречает достойным научным и практическим вкладом всех сотрудников в общее дело развития сельскохозяйственной отрасли.
