CC BY
36
УДК 631.452+631.6+631.582
ПОВЫШЕНИЕ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ В СЕВООБОРОТАХ НА ОСНОВЕ ХИМИЧЕСКОЙ МЕЛИОРАЦИИ
И. А. Шильников, доктор с.-х. наук, профессор; Н. И. Аканова, доктор с.-х. наук, профессор ВНИИА им. Д. Н. Прянишникова, Россия, г. Москва; e-mail: [email protected] Е. В. Курносова, канд. с.-х. наук, доцент; Г. Е. Гришин, доктор с.-х. наук, профессор ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА»; Россия, e-mail: [email protected] С. В. Кизинёк, канд. с.-х. наук
ФГУП РПЗ «Красноармейский» имени Майстренко Россельхозакадемии, Россия,
e-mail: [email protected]
М. Ю. Локтионов ОАО «Минерально-химическая компания «ЕвроХим», Россия
Необходимость применения известковых материалов в отечественном земледелии обусловлена наличием обширных площадей почв, нуждающихся в оптимизации реакции среды, из которых первоочередного известкования требуют 30,5 млн. га. В работе представлены результаты влияния известковых удобрений и известьсодержащих отходов производства на кислотно-основные свойства почв полевых севооборотов различных почвенно-климатических зон. Приводится взаимосвязь уровня применения удобрений с урожайностью сельскохозяйственных культур. Дается прогноз динамики кислотности пахотных почв и обобщаются результаты многолетних опытов по эффективности химической мелиорации, а также результаты опытов с известкованием почв в зарубежных странах.
Ключевые слова: плодородие почв, химическая мелиорация, известковые удобрения, реакция среды, урожайность.
К химической мелиорации относятся известкование, гипсование и фосфорито-вание - приёмы, на длительное время повышающие плодородие почв и имеющие большое природоохранное значение. Необходимость их применения в отечественном земледелии обусловлена наличием обширных площадей почв, нуждающихся в оптимизации реакции среды и процесса питания растений [1].
Анализ результатов мониторинга пахотных угодий показывает, что за последний цикл агрохимического обследования (2004-2011 гг.) по состоянию на 01.01.2011 года в Российской Федерации из обследованных 87,4 млн. га кислые почвы, требующие первоочередного известкования, занимают 34,9 %, или 30,5 млн. га, из которых 2,6 % - сильнокислые почвы. Почвы с наиболее благоприятным уровнем реакции среды, близким к нейтральному (рН 5,6... 6,0), распространены на площади 17,8 млн. га, что составляет 20,4 % от общей обследованной площади пашни. Почвы, характеризующиеся нейтральной реакцией (рН 6,1.7,5), занимают 31,4 °%, или 27,4 млн.
га, почвы с рН выше 7,5.11,6 млн. га, или 13,3 % (рис. 1) [2].
Однако при значительных площадях почв, нуждающихся в химической мелиорации, известкование проводится на крайне низком уровне - 250.300 тыс. га в год при необходимых 5.6 млн. га. Ежегодный недобор урожая на этих почвах соответствует потере около 10.12 млн. т сельскохозяйственной продукции в пересчете на зерно [3].
Известкование оказывает многостороннее положительное действие на почву, где главное - устранение избыточной почвенной кислотности. Являясь важнейшим фактором урожайности, за ротацию 6-8-поль-ного севооборота 1 тонна СаСО3, например, обеспечивает прибавку урожая сельскохозяйственных культур 6.8 ц/га зерновых единиц. Известкование снижает также отрицательное действие засухи на продуктивность растений в 2-3 раза [4].
Многообразно значение известкования как природоохранного мероприятия, которое проявляется: в сохранении положительного баланса кальция и магния в кор-
<4,0; 0,3%
4,0-4,5; 2,3%
6,1-7,5; 31,4%
4,6-5,0; 9,7%
5,6-6,0; 20,4%
5,1-5,5; 22,6%
Рис. 1. Распределение площадей пашни Российской Федерации по показателям почвенной кислотности (% от обследованной)
необитаемом слое почвы; повышении эффективности минеральных удобрений на 30...40 %; снижении в 4...10 раз подвижности в почве тяжелых металлов и радионуклидов и накопления их в растениях; повышении общей биологической активности почвы, улучшении ее физико-механических свойств [5].
В современных условиях, когда затраты на известкование одного гектара пылевидной известняковой мукой могут достигать 10 тысяч рублей, высокая стоимость этого мероприятия является главной причиной ничтожных темпов химической мелиорации кислых почв. Применение местных известковых материалов из пород низкой твердости (менее 20 МПа) или рыхлых, не требующих помола, а также известьсо-держащих отходов промышленности позволяет в 1,5.2,0 раза снизить затраты на химическую мелиорацию кислых почв [6].
Среди известьсодержащих отходов имеется ряд достаточно широко исследованных, таких как дефекат, сланцевая и цементная пыль. Их высокая эффективность и экологическая безопасность много-
кратно подтверждены в исследованиях ряда авторов. В то же время отличающиеся наибольшим количеством ценных компонентов металлургические шлаки исследованы в меньшей степени, хотя их запасы составляют сотни миллионов тонн и ежегодно увеличиваются на 2 млн. т, вывозимых в отвалы [6, 7].
Металлургические шлаки, являясь силикатной формой известкового удобрения, содержат комплекс необходимых для растений питательных макро- и микроэлементов, что усиливает их положительное влияние на урожай растений. Результаты длительного полевого опыта Всероссийского научно-исследовательского института удобрений и агропочвоведения им. Д. Н. Прянишникова (ВНИИА) показали, что в течение 30 лет положительное действие металлургического шлака на урожай сельскохозяйственных культур было выше, чем известняковой муки (табл. 1).
Реакция сельскохозяйственных культур на кислотность почвы и известкование зависит не только от их биологических особенностей, но и от генетической принад-
Таблица 1
Влияние форм известковых удобрений на продуктивность севооборота, ц/га з. ед.
Вариант опыта 1968-1976 г. 1977-1983 г. 1984-1990 г. 1991-1998 г.
Средняя урожайность Прибавка Средняя урожайность Прибавка Средняя урожайность Прибавка Средняя урожайность Прибавка
Без извести (контроль) 44,4 30,0 37,4 30,9 -
Известняковая мука 44,2 36,0 6,0 40,1 2,7 33,8 2,9
Металлургический шлак 45,6 1,2 37,9 7,9 41,5 4,1 36,0 5,1
Нива Поволжья № 2 (27) 2013 73
лежности почв. Например, урожайность пшеницы и ячменя возрастает под влиянием известкования на дерново-подзолистой почве на 2,8.3,3 ц/га; на серой лесной -на 2,6.2,2 ц/га [8, 9].
Важной характеристикой, определяющей эффективность агротехнического приема, является окупаемость затраченных средств сельскохозяйственной продукцией, так как она позволяет даже в условиях быстро меняющихся цен оперативно определить на конкретный момент времени экономическую эффективность интересующего нас приема. Так, окупаемость 1 т актив-нодействующего вещества металлургического шлака составила 1,45 т, а известняковой муки - 1,01 т зерновых единиц [10].
Учеными Пензенской ГСХА были проведены исследования по применению де-феката на черноземе выщелоченном в зернопаропропашном севообороте. Исследуемая почва характеризуется по величине рНсол как слабокислая. Пахотный горизонт имеет показатель рНсол на уровне 5,2, подпахотный - 5,4, т. е. с глубиной кислотность почвы снижается. Это обусловлено генетическими особенностями чернозема выщелоченного, у которого наблюдается процесс выщелачивания кальция и магния из верхних горизонтов и образование горизонта с повышенным содержанием карбонатов. Применение дефеката обеспечило уже в первый год действия повышение величины рНсол и переход почвы из класса со
слабокислой реакцией в класс с реакцией среды, близкой к нейтральной. При этом дозы дефеката 1,5 по Нг и 2,0 по Нг в пахотном горизонте оказывали равное действие на величину рНсол, а доза 2,5 по Нг была более эффективной. С увеличением нормы дефеката с 1,5 по Нг до 2,5 по Нг гидролитическая кислотность пахотного горизонта снижалась на 0,94.1,49 мг-экв./100 г почвы. Исследования также показали, что применение дефеката повышало содержание обменного кальция и магния в пахотном слое почвы [11].
За последние 20 лет уровень поставок известковых удобрений и ежегодной химической мелиорации кислых почв сократился в 50.100 раз. Вследствие этого идет процесс изменения реакции среды в почве при ежегодном снижении рН на 0,02.0,03. В последнее время выявлены кислые почвы в регионах, где их раньше не было (Саратовская область, Краснодарский край).
В земледелии Российской Федерации вследствие крайне низких масштабов известкования (в среднем 250.300 тыс. га ежегодно, что составляет 5.7 % от оптимальной потребности) сложился резко отрицательный баланс кальция. Анализ результатов многолетних лизиметрических и полевых опытов показал, что средние годовые потери кальция из почвы составляют не менее 350.450 кг/га в пересчёте на СаСОз. Практика известкования почв подтвердила эту величину. Расчёты показы-
50 п
40 -
30 -
I 20 Н
п
10 -
0
1965 1969 1973 1977 1981 1985 1989 1993 1997 2001 2005 2007 2009 2011
поставки известковых удобрений
Рис. 2. Применение известковых удобрений в земледелии Российской Федерации (1965-2011 гг.)
Таблица 2
Прогноз динамики кислотности пахотных почв в зоне известкования Российской Федерации
Интервал 2003 г. (исходный) 2010 г. 2020 г.
рН почвы млн. га % млн. га % млн. га %
5,6.6,0 24,0 40,9 7,2 12,3 2,9 4,9
5,1.5,5 22,3 38,2 29,9 51,2 23,5 40,2
4,6.5,0 9,4 16,2 17,0 29,2 24,7 42,3
4,5 и менее 2,7 4,6 4,3 7,3 7,3 12,6
Всего 58,4 100 58,4 100 58,4 100
В том числе:
рН=5,5 и менее 34,8 59,2 51,2 87,7 55,5 95,1
рН=5,0 и менее 12,3 20,9 21,3 36,4 32,0 54,8
рН=4,5 и менее 2,7 4,6 4,3 7,3 7,3 12,6
вают, что для компенсации потерь оснований из почвы и поддержания существующего уровня реакции среды необходимо вносить 30 млн. тонн известковых материалов, и 10 млн. тонн - для устранения избыточной кислотности [12].
По нашим расчетам, к 2020 году площадь кислых пахотных почв увеличится в 1,5.1,6 раза и достигнет 58,4 млн. га, причем более чем в 2,5 раза возрастет площадь пахотных почв с рН 5,0 и менее, которые нуждаются в первоочередном известковании (табл. 2). Следовательно, при такой перспективе ежегодный недобор урожая сельскохозяйственных культур на почвах с кислой реакцией среды будет составлять 24.27 млн. т в пересчете на зерно. При этом резко снизится качество урожая за счет накопления в продукции токсических веществ и уменьшения полезных компонентов (белка, сахаров, минеральных веществ и др.).
В Нечерноземной зоне имеется более 6 млн. га почв легкого гранулометрического состава песчаных и супесчаных, которые, как правило, имеют низкое содержание доступного для растений магния. Среднегодовые потери этого элемента из почвы вследствие вымывания с инфильтрацион-ными водами и выноса урожаями растений в среднем соответствуют потере 1 мг магния на 100 г почвы, или 30 кг/га. Никакие магниевые удобрения для компенсации этих потерь в стране не производятся. Решение проблемы оптимизации содержания магния в почве заключается в широком применении магнийсодержащих известковых удобрений (доломитовой, доломитизи-рованной, магнезиальной муки и некоторых известьсодержащих отходов промышленности). Так, эффективность магния, по данным 76 полевых опытов в Польше на супесчаных и песчаных почвах, была очень высокой: прибавка урожая превышала 1 т на гектар, особенно в сочетании с кальци-
ем. Эти данные показывают, что ежегодные потери земледелия страны, если не отрегулировать магниевый режим в почвах, могут достигать 5.6 млн. тонн в пересчете на зерно [13, 14].
Влияние магния на урожай зерновых по данным 76 полевых опытов (Польша, Г. Малинска)
Вариант Прямое действие Последействие
Рожь Овес Рожь
т/га % т/га % т/га %
ЫРК 1,64 100 1,33 100 1,32 100
ЫРК+Мд 2,62 162 2,55 192 2,19 166
ЫРК+Мд+Оа 2,90 177 3,13 241 2,49 189
В России опытное хозяйство ВИУА «Волна революции», расположенное в Ново-зыбковском районе Брянской области на песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почвах, никак не могло достичь урожайности зерновых 20 ц/га. После того как все поля были произвесткованы доломитовой мукой, средний урожай зерновых составил 35 ц/га, а картофеля на площади 300 га -35 т/га.
Известно, что в Республике Беларусь большой процент почв легкого гранулометрического состава. Благодаря широкому применению доломитовой муки и доведению средневзвешенного показателя рН до 5,7 в 2012 году урожай зерновых колосовых по республике составил 37 ц/га, а кукурузы на зерно - 45 ц/га. Общее производство зерна достигло 1,15 тонн на человека, а проблема магния и оптимальной реакции почвы в Беларуси решена.
Присоединение России к ВТО, в то время как наш биоклиматический потенциал в 2-3 раза ниже, чем в Европе и США, и конкуренты на мировом агропродовольст-венном рынке находятся в более выгодных условиях ведения сельскохозяйственного производства, делает жизненно необходи-
Нива Поволжья № 2 (27) 2013 75
мым решение проблемы химической мелиорации почв [15]. Без создания оптимальных уровней реакции среды в почве, состава поглощённых катионов, подвижных форм макроэлементов и доступных мик-
роэлементов невозможно внедрение современных технологий возделывания сельскохозяйственных культур и в целом решение проблем продовольственной безопасности страны.
Литература
1. Алямовский, Н. И. Известковые удобрения СССР / Н. И. Алямовский. - М., 1966. - 278 с.
2. Сычёв, В. Г. Агрохимическая характеристика почв сельскохозяйственных угодий Российской Федерации / В. Г. Сычёв, А. В. Кузнецов, А. В. Павлихина. - М., 2006. - 56 с.
3. Супрун, С. В. Влияние антропогенных факторов на плодородие почвы, урожайность и качество корнеплодов сахарной свеклы: автореф. дис.... канд. с.-х. наук / С. В. Супрун - Москва, 2008. - 25 с.
4. Шильников, И. А. Природоохранное значение известкования почв / И. А. Шильников, Г. Е. Гришин, Н. И. Аканова // Нива Поволжья. - 2008. - № 1. - С. 17-20.
5. Куликова, А. Х. Эффективность применения диатомита, кремниевых комплексов на его основе и минеральных удобрений при возделывании сахарной свёклы в условиях Среднего Поволжья / А. Х. Куликова, Е. А. Яшин, А. В. Кудряшов // Вестник Ульяновской ГСХА. -2013. - № 1. - С. 24-29.
6. Курносова, Е. В. Изменение агромелиоративного состояния чернозема выщелоченного под действием дефеката и органических удобрений в условиях лесостепного Поволжья: автореф. дис.... канд. с.-х. наук / Е. В. Курносова. -Пенза, 2005. - 25 с.
7. Трубников, Ю. Н. Кислые почвы Приенисейской Сибири и отзывчивость сельскохозяйственных культур на известкование / Ю. Н. Трубников // Достижения науки и техники в АПК.
- 2011. - № 1. - С. 19-22.
8. Баринова, К. Е. Влияние длительного последействия окультуривания почв в Нечерноземной зоне на их плодородие, урожайность сельскохозяйственных культур и его природоохранная оценка. - М.,2000, автореф. канд. дисс., 26 с.
9. Рекомендации по известкованию кислых почв Московской области / В. Г. Сычёв, И. А. Шильников, Н. И. Аканова и др. - 2008. - 73 с.
10. Гришин, Г. Е. Совместное использование дефеката и навоза в севообороте / Г. Е. Гришин, Е. В. Курносова // Плодородие. - 2005. - № 3. - С. 26.
11. Экологически безопасные и энерго-ресурсосберегающие приемы известкования почв в земледелии / И. А. Шильников, Г. Е. Гришин, Н. А. Зеленов и др. // Нива Поволжья. - 2010.
- № 2. - С. 40-44.
12. Кириллов, Н. А. Приемы повышения урожайности корнеплодов на дерново-подзолистых почвах Чувашии / Н. А. Кириллов, А. И. Волков, Л. Н. Прохорова // Сахарная свекла. - 2013. - № 1. - С. 23-27.
13. Малинска, Г. Содержание магния в почвах и потребность в удобрении магнием / Г. Малинка/22езгу1у ргоЫетоуе Роэ1ерош паик Ро!п1сгу1 285^агэ7аша. - 1984. - Р. 81-101.
14. Потери элементов питания растений в агробиогео- химическом круговороте веществ и способы их минимизации / И. А. Шильников, В. Г. Сычев, А. Х. Шеуджен, и др.: монография. - М.: изд-во ВНИИА., 2012. - 351 с.
15. Конкурентоспособность сельскохозяйственной продукции и продовольствия России в условиях присоединения к ВТО / И. С. Ушачёв, А. Н. Серкова, С. Сиптиц, и др. // АПК: экономика, управление. - 2012. - № 6. - С.3-14.
UDK 631,452 +631.6 +631,582
RAISING SOIL FERTILITY IN CROP ROTATION BASED ON CHEMICAL RECLAMATION
I. A. Shilnikov, doctor of agricultural sciences, professor,
N. I. Akanova, doctor of agricultural sciences, professor
ARSRIA in the name of Pryanishnikov, Russia, Moscow; e-mail: N_Akanova@mail. ru;
Kurnosova E. V., candidate of agricultural sciences, assistant professor;
G. Ye. Grishin doctor of agricultural sciences, professor
FSBEE HPT «Penza SAA», Russia, e-mail: grishinge@mail. ru;
S. V. Kizinek, candidate of agricultural sciences
FSUE RPGs «Krasnoarmeysky» in the name of Maistrenko RAAS; Russia, e-mail: rgpzkrs@mail. kuban. ru;
M. Yu. Loktionov JSC «Mineral and Chemical Company» EuroHim» , Russia
The article deals with the necessity to apply lime materials in domestic farming due to the presence of vast areas of soils, requiring optimization of the reaction medium, of which the primary liming is needed by 30.5 million hectares. The paper presents the results of the calcium fertilizers and lime-waste influence on the acid-base properties of soils in field rotations of different soil and climatic zones. The interaction between the level of fertilizer application and the yield of agricultural crops has been shown in the article. The forecast of dynamics of arable soil acidity has been given and the results of many-years experiments on the effectiveness of chemical reclamation have been shown, as well as the results of the experiments with liming soils in foreign countries.
Keywords: soils fertility, chemical melioration, lime fertilizers, the reaction of medium, harvest.
References
1. Alyamovsky, N. I. Lime fertilizers of the USSR. - M., 1966, 278 p.
2. Sychev, V. G Agrochemical characteristics of agricultural soils of the Russian Federation / V. G. Sychev, A. V. Kuznetsov, A. V. Pavlikhina. - M. - 2006. - 56 p.
3. Suprun, S. V. Anthropogenic impact on soil fertility, yield productivity and quality of sugar beet: the abstract dis... candidate of agricultural sciences / S. V. Suprun. - Moscow, 2008. - 25 p.
4. Shilnikov, I. A Conservation value of liming soils / I. A. Shilnikov, G. YE. Grishin, N. I. Akanova // Niva Povolzhya. - 2008. - № 1. - P. 17-20.
5. Kulikova, A. Kh. Efficacy of applying diatomaceous, silicon complexes on its basis mineral fertilizers in sugar beet production in the Middle Volga area / A. Kh. Kulikova, Ye. A. Yashin, A. V. Kudryashov // Vestnik of Ulyanovsk State Agricultural Academy. - 2013. - № 1. - P. 24-29.
6. Kurnosova, E. V. Change of agro-melioration state of leached Black soil under the action of defecate and organic fertilizers in the conditions of Volga forest-steppe region: the abstract dis. ... candidate of agricultural sciences / E. V. Kurnosova. - Penza, 2005. - 25p.
7. Trubnikov, Yu. N. Acid soils of the Yenisei Siberia and responsiveness of crops to liming / Yu. N. Trubnikov // Advances in science and technology in agriculture. - 2011. - № 1. - P. 19-22.
8. Barinova, K. E. Effect of long-effect of soil cultivation on Non-Black zone on soil fertility, yield productivity and its environmental assessment. M., 2000, Abstract. candidate. diss., 26 p.
9. Sychev, V. G. Recommendations for liming acid soils of Moscow region / V. G. Sychev, I. A. Shil'nikov, N. I Akanova et. al. 2008. - 73 p.
10.. Grishin, G. Ye. Combined use of defecation mud and manure in the rotation / G. Ye. Grishin, Ye. V. Kurnosova // Plodorodiye - 2005. - № 3. - p. 26.
11. Shilnikov, I. A. Ecologically-friendly and energy-resource-saving techniques of liming soils in agriculture, / I. A. Shilnikov, G. Ye. Grishin, N. A. Zelenov et. al. // Niva Povolzhya. - 2010. № 2. - P. 40-44.
12. Kirillov, N. A. Methods of raising yields of root crops on turf-podzols in Chuvashia / N. A. Kirillov, A. I. Volkov, L. N.. Prokhorova // Sugar beet. - 2013. - № 1. - P.. 23-27.
13. Malinska, G. The magnesium content in soils and the need for fertilizer with magnesium / G. Malinka / ZZeszyty problemove Postepow nauk Rolniczyt 285/Warszawa.- 1984.-P. 81-101.
14. Shilnikov, I. A. Plant nutrients losses in agro-biogeo-chemical cycle of elements and methods of their minimizing / I. A. Shilnikov, V. G Sychev, A. K. Sheudzhen, et. al.: monography. - M. -Publishing ASRIA., - 2012.- p. 351.
15. Ushachev, I. S. Competitiveness of agricultural products and foodstuffs of Russia in the conditions of accession to the WTO / I. S. Ushachev, A. N. Serkova, S. Siptits, Chekalin V. Tara-sov V. N. // AIC: Economics, Management. - 2012. - № 6. - P. 3-14.
Нива Поволжья № 2 (27) 2013 77
