CC BY
24
УДК 631.417:631.86
DOI 10.24411/0235-2516-2018-10009
ОПТИМИЗАЦИЯ СОДЕРЖАНИЯ И СОСТАВА ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В ЧЕРНОЗЕМЕ ТИПИЧНОМ
Н.А. Чуян, д.с.-х.н., Г.М. Брескина, к.с.-х.н.
ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии, е-mail: [email protected]
Исследования по влиянию побочной продукции зерновых культур и навоза на содержание органического вещества в зависимости от сроков и глубины отбора почвенных образцов проведены на черноземе типичном среднегумусном тяжелосуглинистом на карбонатном лессовидном суглинке опытного хозяйства ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии. Результаты эксперимента показали, что независимо от срока и глубины отбора почвенного образца наблюдается тенденция увеличения содержания гумуса на варианте с поверхностной заделкой соломы, но по увеличению лабильных гумусовых веществ преимущество оставалось за навозом. Это подтверждает их равноценность как органических удобрений, которые служат основными факторами оптимизации содержания органического вещества почвы. Согласно данных дисперсионного анализа по опыту с органическими удобрениями установлено, что наибольший вклад в варьирование содержания ЛГВ в почве оказали сроки отбора - 46%. Использование побочной продукции непосредственно на поле с поверхностным ее компостированием служит самым доступным и дешевым методом регулярного возврата в почву полноценного свежего органического вещества. Предложенный способ использования органического удобрения позволяет более эффективно использовать имеющийся антропогенный ресурс и потенциал плодородия почв для оптимизации содержания органического вещества почвы, повышения продуктивности земель и стабильного производства сельскохозяйственной продукции.
Ключевые слова: гумус, лабильные гумусовые вещества, навоз, солома зерновых культур.
OPTIMIZATION OF ORGANIC MATTER CONTENT AND COMPOSITION IN TYPICAL CHERNOZEM
Dr.Sci. N.A. Chuyan, Ph.D. G.M. Breskina
All-Russia Research Institute of Arable Farming and Soil Erosion Control, e-mail: [email protected]
The research on the influence of by-product of grain crops and manure on organic matter content depending on the terms and depth of soil sampling was carried out on typical medium humic heavy loamy chernozem on carbonate loess loam of the experimental farm of All-Russia Research Institute of Arable Farming and Soil Erosion Control. The results of the experiment showed that irrespective of the factors of the study (terms and sampling depth) for humus content there is a tendency of its increase in the treatment with surface incorporation of straw, but as for the increase of labile humus substances in comparison with the straw application background the advantage remained with the treatment of manure application. That confirms their equivalence as organic fertilizers. According to the data of the variance analysis of the experiment with organic fertilizers it was established that maximum contribution to the varying of labile humus substances in the soil was made by sampling terms, i.e. 46%. The application of byproduct directly in the field with its surface composting is the most available and the cheapest method of regular return offull-value fresh organic matter to the soil. The proposed method of organic fertilizer application allows to use effectively the available anthropogenic resource and soil fertility potential to optimize soil organic matter content, increase land productivity and sustainable production of agricultural product.
Keywords: humus, labile humus substances, manure, straw of grain crops.
Сельскохозяйственное использование почв вызывает повышение относительного содержания в гумусе более подвижных (лабильных «молодых -активных») гумусовых веществ. В процессе окультуривания мощного чернозема в его верхних горизонтах по сравнению с 50-летней залежью возрастает содержание активного гумуса и увеличивается
содержание гумусовых кислот. Снижение в 2,5-3 раза по сравнению с целиной ежегодного поступления растительных остатков в почву при ее сельскохозяйственном использовании приводит к уменьшению содержания гумуса и прежде всего его мобильной (лабильной) части [1]. Поэтому оптимизация органического вещества в почвах - одна
из важнейших задач земледелия, решение которой создает необходимые предпосылки для роста его продуктивности и устойчивости [2]. Для регулирования круговорота биогенных элементов и поддержания положительного баланса органического вещества в почвах применяют органические удобрения [3]. Но в настоящее время их количество ограничено, поэтому необходимо первоочередное внимание обратить на органические удобрения растительного происхождения, и уже на их фоне пополнять имеющиеся в почве запасы органического вещества из других источников [4]. В этих целях нужно максимально использовать побочную продукцию урожаев полевых культур, за счет которой происходит не только обогащение почвы органическими и минеральными веществами, но и улучшается экологическое состояние пашни и окружающей среды. Интерес к использованию на удобрение побочной продукции в качестве органического удобрения связан с тем, что по сравнению с навозом она в 3,4 раза больше содержит органического вещества и имеет затраты на внесение в почву ниже до 7 раз [5], а также оценивается как важный ресурс для поддержания плодородия и сохранения устойчивости агроэкосистем [6-8].
Цель исследования - оценка содержания и состава органического вещества в черноземе типичном при внесении органических удобрений.
Объект и методы. Исследования по содержанию гумуса и лабильных гумусовых веществ в черноземе типичном при внесении навоза и соломы культур севооборота как органических удобрений в зависимости от сроков и глубины отбора почвенных образцов проводили в научно-производственном опыте опытного хозяйства ВНИИЗиЗПЭ Медвенского района Курской области.
Почва опытного участка представлена черноземом типичным слабосмытым на карбонатном лессовидном суглинке. В пахотном слое (0-25 см) почвы содержится: гумуса 4,86-5,65%; аммиачного азота 0,30-0,54, а нитратного азота 0,92-1,2 мг/100 г почвы. Реакция почвенного раствора в пахотном слое близка к нейтральной: рНн2о 6,6-7,7; pHKCl 5,56,9%. Гидролитическая кислотность находилась в пределах от 0,42 до 1,94 мг-экв/100 г почвы, содержание обменного кальция колебалось от 22,4 до 29,6 мг-экв/100 г почвы. Плотность сложения почвы для пахотного слоя 0-20 см составляет 1,08-1,26 г/см3. Обеспеченность чернозема типичного подвижным фосфором составила - 9,6-16,2, обменным калием - 9,4-12,8 мг/кг почвы.
Исследования проводили в зерновом севообороте «гречиха - горох - озимая пшеница». Почвенные образцы отбирали в 4 срока в течение вегетации культур, глубина отбора составляла 0-10 см и 10-20 см в пятикратной повторности. Общая площадь делянок 0,5 га.
Схема полевого научно-производственного опыта за севооборот: 1. Поверхностное компостирование соломы 10,7 т/га + известь 1,5 т/га; 2. Навоз 30 т/га + известь 2,0 т/га.
В научно-производственном опыте вносили всю полученную побочную продукцию, которую заделывали на глубину основной обработки почвы только после поверхностного компостирования на поле по технологии, разработанной во ВНИИЗиЗПЭ [9].
Содержание общего гумуса определяли по методу Тюрину в модификации Никитина со спек-трофотометрическим окончанием (ГОСТ 2621391). Определение лабильных гумусовых веществ (ЛГВ) 0,1 н вытяжке NaOH проводили по методике Почвенного института с предварительным компостированием [10].
Экспериментальные данные обработаны методами дисперсионного и корреляционно-регрессионного анализов с использованием программных средств Microsoft Office Excel, Statistika, Statgraf.
Результаты исследований. Влияние внесения навоза и поверхностного компостирования побочной продукции зерновых культур на содержание гумуса в почве исследуемого объекта неодинаково. При использовании достаточных норм навоза содержание гумуса в почве поддерживается обычно на исходном уровне, а при внесении больших норм несколько увеличивается [11]. В наших исследованиях большее содержание гумуса отмечалось на вариантах с внесением соломы на удобрение, нежели по фону навоза (табл. 1).
В целом по опыту (независимо от сроков и глубины отбора) была отмечена тенденция к увеличению содержания углерода гумуса при поверхностном компостировании соломы - на 0,06-0,14%, по сравнению с навозом. Повышение доли углерода гумуса в составе органического вещества почвы на варианте с соломой может быть связано с тем, что с побочной продукцией было внесено 7,5 т сухого органического вещества, с навозом - 6,0 т/га.
Влияние факторов (сроки и глубина отбора) на изменение гумуса как по соломе, так и по навозу было неоднозначным: по средним величинам наблюдалось снижение гумуса по глубине отбора в течение всего периода исследований на разных вариантах опыта (рис. 1).
По срокам отбора почвенных образцов с внесением органических удобрений (соломы и навоза) оценка достоверности различий показателей по изменению содержания гумуса в большей мере была не существенной. Но различия по содержанию гумуса по глубине отбора за весь период наблюдений как на варианте с навозом, так и по фону поверхностного компостирования являлись существенными, согласно оценке существенной средней разности для сопряженных выборок (табл. 2).
1. Содержание гумуса и лабильных гумусовых веществ почвы на фонах внесения навоза и поверхностного компостирования соломы
А В Гумус, % ЛГВ, мг С/кг почвы
солома навоз солома навоз
0 0-10 см 5,34 5,23 1684 1209
0 10-20 см 5,21 5,13 1602 1897
1 0-10 см 5,48 5,32 1751 2282
1 10-20 см 5,37 5,23 1544 1681
2 0-10 см 5,39 5,33 1472 1742
2 10-20 см 5,30 5,28 1335 1577
3 0-10 см 5,42 5,36 2051 2139
3 10-20 см 5,36 5,27 1650 1935
НСР05
А 0,07 0,07 183,2 282,8
В 0,05 0,05 129,5 199,9
Обобщенная 0,10 0,10 259,0 399,9
Примечание: А - срок отбора (4 уровня в течение мусовые вещества/ вегетации культуры), В - глубина отбора; ЛГВ - лабильные гу-
Рис. 1. Изменения средних величин по гумусу в течение периода наблюдений на разных вариантах по глубинам и срокам отбора
2. Различия содержания гумуса (%) по глубине отбора за весь период наблюдений
Вариант М а 8а V = 20-1 НСР05 Стат. вывод
0-10 см 10-20 см 1ф 105
Солома 5,41 5,31 0,10 0,019 5,23 2,09 0,040 Сущ.
Навоз 5,31 5,23 0,08 0,015 5,31 2,09 0,031 Сущ.
Примечание: М - среднее содержание гумуса; d - разность средних величин; Sd - ошибка средней разности; tф -критерий Стьюдента фактический, полученный расчетным методом ^ф = ё / 8ё); t - критерий Стьюдента табличный.
3. Статистический вклад в варьирование содержания гумуса
Влияющие факторы Вклад в варьирование, %
в целом по глубинам отбора
0-10 см 10-20 см
Вид органических удобрений 22 55 30
Глубина отбора 33 - -
Сроки отбора 45 45 70
По дисперсионному анализу данных по опыту с органическими удобрениями (навоз, солома) установлено, что наибольший вклад в варьирование содержания гумуса в почве оказали сроки отбора -45%. По влиянию на содержание углерода гумуса почвы исследуемые факторы располагались в следующем ряду: сроки отбора > глубина отбора > вид органических удобрений (табл. 3).
Наибольший эффект в варьировании содержания гумуса в почве при внесении соломы зерновых и навоза по глубинам отбора в слое 0-10 см имеет вид органического удобрения, а в слое 10-20 см преимущество в 1,5 раза остается за сроками отбора.
Несколько иначе складывается ситуация по накоплению лабильных гумусовых веществ (ЛГВ) в почве на фонах использования навоза и соломы на удобрение в условиях различных сроков и глубины отбора почвенных образцов.
Увеличение содержания ЛГВ на 88-531 мг/кг почвы наблюдается на варианте с внесением навоза по сравнению с фоном поверхностного компостирования соломы зерновых в зависимости от сроков и глубины отборов почвенных образцов. Возможно, такие значительные различия по содержанию данного показателя обусловлены тем, что лабильные гумусовые вещества - наиболее молодые формы гумуса, которые непрочно связаны с минеральной
частью почвы, содержат повышенное количество азота (С/Ы не более 12), способны быстро трансформироваться и высвобождать азот для растений.
Навоз как известно - это уже готовое органическое удобрение, где комплекс составляющих органических компонентов находится в более доступной форме и, попадая в почву, начинает работать как дополнительный питательный резерв для растений, помимо почвенного комплекса лабильной части органического вещества. Солома же имеет широкое соотношение С/Ы, которое определяет скорость биохимического разложения органического вещества. В процессе разложения соломы наблюдается смена микрофлоры, обусловленная специализацией функций микроорганизмов, поэтому обеспечение питательного блока растений лабильной частью органического вещества несколько замедляется, нежели по действию навоза в качестве удобрения.
В течение вегетации наблюдалось значительное варьирование в содержании ЛГВ как по срокам, так и по глубинам отбора. Максимальные показатели ЛГВ отмечены в поверхностном 0-10 см слое, с глубиной наблюдается снижение данного показателя на варианте с навозом на 82-401 мг С/кг почвы, на варианте с внесением соломы на 165-601 мг С/кг почвы. По-видимому, это связано с тем, что в верхнем аэрируемом слое активизируются микробиоло-
2500 т
оа |_
сц О
2000 ■■
• 0 -10 см — 10 - 20 см
1500 ■■
Рис. 2. Изменения средних величин по содержанию ЛГВ в течение периода наблюдений на разных вариантах по срокам и глубинам отбора
4. Статистический вклад в варьирование содержания СЛГВ
Влияющие факторы Вклад в варьирование, %
в целом по глубинам отбора
0-10 см 10-20 см
Вид органического удобрения 28 42 48
Глубина отбора 26 - -
Сроки отбора 46 58 52
гические процессы трансформации органического вещества (активнее происходит смена активных форм микроорганизмов, участвующих в процессе разложения органического вещества при участии полезной микрофлоры) как почвенного органического вещества, так и внесенного органического вещества в виде навоза и побочной продукции зерновых.
Согласно литературных данных [12], трансформация соломы и интенсивное образование лабильных форм гумусовых соединений интенсивно происходит при заделке нетоварной части урожая в верхний (0-10 см) слой почвы. Причем, на варианте с внесением навоза с глубиной снижение содержания лабильных гумусовых веществ происходит в 1,5-2,0 раза активнее, чем на варианте с соломой. Относительно факторов (срока и глубины отбора) наиболее тесно содержание ЛГВ в почве связано со сроками отбора образцов, независимо от вида удобрений.
Как и по содержанию гумуса характер влияния факторов (сроков и глубины отбора) на изменение ЛГВ имел аналогичную картину как по соломе, так и по навозу, где по средним величинам данного показателя в течение периода вегетации на разных вариантах опыта наблюдалось снижение ЛГВ по глубине отбора (рис. 2).
Согласно дисперсионного анализа данных по опыту с органическими удобрениями (навоз, солома) установлено, что наибольший вклад в варьирование содержания ЛГВ в почве оказали сроки отбора - 46%. По влиянию на содержание ЛГВ почвы в целом за вегетационный период исследуемые
факторы располагались в следующем ряду: сроки отбора > вид органических удобрений > глубина отбора (табл. 4).
Все изложенное говорит о том, что удобрение побочной продукцией зернового севооборота через их поверхностное компостирование на поле положительно влияет на состав и содержание органического вещества почвы, а значит поддерживает бездефицитный баланс гумуса и способствует накоплению лабильных гумусовых веществ.
Таким образом, сравнительная характеристика вариантов с соломой и навозом показал, что по содержанию гумуса наблюдается тенденция к его увеличению на варианте с поверхностным компостированием соломы, но по увеличению ЛГВ преимущество оставалось за навозом, независимо от сроков и глубины отбора. По результатам дисперсионного анализа выявлено, что наибольший вклад в варьирование гумуса и ЛГВ оказали сроки отбора почвенных образцов. С увеличением глубины отбора по профилю происходит снижение как и доли гумуса, так и ЛГВ в составе органического вещества, независимо от вида вносимых органических удобрений. Невостребованная побочная продукция сельскохозяйственных культур должна быть использована в качестве органического удобрения наравне с навозом, но с предварительной ее заделкой в почву через поверхностное компостирование на поле. Это обеспечивает повышение плодородия почвы при одновременном снижении энергетических, материальных и трудовых затрат на производство продукции.
Литература
1. Ганжара Н.Ф. Баланс гумуса в почвах и пути его регулирования // Земледелие, 1986, № 10. - С. 7-9.
2. Шпедт А.А., Вергейчик П.В., Картавых В.В. Оценка легкоразлагаемого органического вещества почв сельскохозяйственных угодий Красноярского края // Агрохимия, 2015, № 12. - С. 36.
3. Дабахова Е.В., Питина И. А. Агроэкологические проблемы использования органических удобрений в сельском хозяйстве // Агрохимический вестник, 2017, № 2. - С. 10.
4. Сорокин И.Б., Титова Э.В., Касимова Л.В. Растительное органическое вещество как основа почвенного плодородия // Земледелие, 2008, № 1. - С. 14.
5. Колсанов Г.В. Гречишная солома в удобрении ячменя на типичном черноземе Лесостепи Поволжья // Агрохимия, 2005, № 5. - С. 59-65.
6. Коновалов Н.Д., Коновалов С.Н. Побочная продукция как источник восполнения плодородия черноземов Тамбовской области // Агрохимия, 2007, № 8. - С. 5-10.
7. Сергеев В.С. Влияние растительных остатков на показатели почвенного плодородия // Вестник Алтайского ГАУ, 2010, № 9(71). - С. 28-34.
8. Русакова И.В. Воспроизводство плодородия почв на основе использования возобновляемых биоресурсов // Агрохимический вестник, 2013, № 4. - С. 7-12.
9. Технология эффективного использования растительных остатков как органических удобрений на черноземах Лесостепи ЦЧЗ. - Курск: Изд-во «ЮМЭКС», 2005. - 20 с.
10. Рекомендации для исследования баланса и трансформации органического вещества при сельскохозяйственном использовании и интенсивном окультуривании почв. - М.: Почвенный институт им. В.В. Докучаева, 1984. - 303 с.
11. Справочная книга по производству и применению органических удобрений. - Владимир: ВНИПТИОУ, 2001. - 495 с.
12. Лебедева Т.Б., Надежкин С.М., Арефьев М.В. Трансформация растительного вещества и гумусное состояние чернозема выщелоченного при использовании удобрений и известкования // Агрохимия, 2006, № 11. - С. 18-24.
