CC BY
24
УДК / UDC 631.445.42:631.61:631.81
ВЛИЯНИЕ УДОБРИТЕЛЬНО-МЕЛИОРИРУЮЩИХ СМЕСЕЙ НА ФИЗИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО
ДЕГРАДИРОВАННОГО
THE INFLUENCE OF FERTILIZING-RECLAIMING MIXTURES ON THE PHYSICAL STATE OF THE ORDINARY CHERNOZEM DEGRADED
Шалашова О.Ю., кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Новочеркасского инженерно-мелиоративного института им. А.К. Кортунова ФГБОУ ВО «Донской ГАУ»
Shalashova O.Y., candidate of agricultural Sciences, associate Professor Novocherkassk engineering and land reclamation Institute them. A. K. Kortunov FGBOU VO "of the don state agrarian UNIVERSITY"
E-mail: [email protected]
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
деградация, почва, мелиорация, удобрительно-мелиорирующие смеси, физические свойства, плотность, порозность, солонцеватость, водопрочность.
KEY WORDS
Degradation, soil, irrigation, fertilizing-meliorative mixtures, physical-ski properties, density, porosity, alkalinity, water resistance.
Управлять почвенным плодородием возможно только при достижении оптимальных показателей по физическим и физико-химическим свойствам почв. Если почвы остаются под влиянием негативных процессов, то есть уплотнены, обесструктурены, осолонцованы, засолены, то вносить минеральные и органические удобрения нецелесообразно, так как эти мероприятия не дадут должного эффекта. Оптимизировать условия жизни растений, в том числе почвенные, можно и путем улучшения агрофизического состояния почв [1]. Для этого достаточно определить и оценить значения некоторых физических свойств почв. Они доступно и полно представлены в работах H.A. Качинского, А.Г. Бондарева, В.В. Медведева, Е.В. Шеина, а также других авторов [2-5].
Регулирование урожая сельскохозяйственных культур не может быть достигнуто, пока нерегулированным остается физический фактор [6].
Известно, что при увлажнении быстрее подвергаются уплотнению почвы тяжелого гранулометрического состава: средние и тяжелые суглинки, глины, то есть почвы, в которых содержание физической глины превышает 40%. Кроме того, если почвенные агрегаты водоустойчивы, прочные и достаточно плотные, то почва меньше уплотняется.
Чем выше содержание гумуса, тем менее уплотнена почва и при наличии гумуса почва быстрее разуплотняется, то есть переходит в рыхлое состояние [6].
Орошение черноземов обыкновенных обуславливает однонаправленное и отчетливо выраженное изменение основных показателей физического состояния в сторону их ухудшения. Так плотность сложения почв увеличивается в пределах полутораметровой толщи на 0,06-0,13 т/м3, что является следствием как уменьшения содержания гумуса и деградации структуры, так и дальнейшей более глубокой перестройки почвенного пространства [7,8].
Наиболее оптимальные условия в пахотном горизонте для большинства растений создаются при плотности сложения 1,0-1,2(1,3) т/м3. При таких показателях почва водопроницаема и влагоемка и в ней создается экологическая гармония - это когда вода и воздух содержатся в равных по объему количествах, что соответствует влажности почвы по уровню 60-70% (HB) - наименьшая (полевая) влагоемкость[9].
Отсюда следует, что регулирование физических свойств почв, используя различные агромелиоративные приемы, остается актуальной задачей в проблеме повышения плодородия почв.
Цель исследований - изучить влияние удобрительно- мелиорирующих смесей (УМС), приготовленных из местных отходов промышленности и сельского хозяйства, на физические свойства чернозема обыкновенного деградированного в результате поливов слабоминерализованной водой сульфатно-натриевого состава. Источник орошения - Весёловское водохранилище. Минерализация воды в среднем составляет 1,7 г/дм3.
Изучаемые почвы - чернозём обыкновенный среднесолонцеватый с содержанием в 0-40 см слое обменного натрия в почвенном поглощающем комплексе (ППК) 11%, обменного кальция 71% и обменного магния 18%, незасолён, но имеет среднещелочную реакцию.
Для создания УМС использовались следующие компоненты: терриконовая порода (Т.п), электролит травления стали (ЭТС), птичий помёт (П.п), измельченная солома(Сол.). Одним из компонентов компоста выступал фосфогипс (Ф).
Полевой опыт заложен в ГП «Батайское» в октябре 2007 года по следующей схеме:
1. Контроль
2. Компост (П.п + Ф -1:1) -19 т/га
3. УМС ( П.п. + Т.п. + ЭТС - 2:1:1) - 33 т/га
4. УМС ( П.п. + Т.п. + ЭТС - 1:1:2) - 22 т/га
5. УМС ( П.п. + ЭТС + Сол. - 1:2:1) - 26 т/га
6. УМС ( П.п. + Т.п. + ЭТС + Сол - 1:1:2:1) - 26 т/га
Дозы УМС рассчитывались на полное вытеснение натрия из ППК и замещение его на кальций [10]. Вначале определялась доза гипса:
Дг. = 0,086 *h * d * Na, (1)
где Д г — доза гипса в расчете на полное вытеснение обменного натрия, т/га; h - мощность мелиорируемого слоя, см; d — плотность сложения почвы, т/м3 ; Na - содержание обменного натрия, ммоль /100 г.
Для учета мелиорирующей основы, используемых УМС, необходимо ввести в формулу (2) дополнительный коэффициент:
Думе = Дг * К , (2)
где Думе - доза УМС, т/га;
К - коэффициент, учитывающий содержание мелиорирующих веществ в средстве. Например, для УМС (П.п.+Т.п. - 1: 2), у которого мелиорирующая основа в пересчёте на чистый гипс составляет 25%, К = 100/25 = 4.
Полевой опыт мелкоделяночный (5 * 6 = 30 м2). Компост и УМС вносились осенью 2007 года под основную вспашку, в последующие годы изучалось их последействие. Площадки для отбора образцов почв и определения плотности сложения почв в шурфах из года в год оставались постоянными. Сроки поливов устанавливались исходя из запасов влаги в почве, а поливные нормы
рассчитывались по формуле Костякова. Режим орошения сельскохозяйственных культур поддерживался на уровне 80 % от НВ. Расчётный слой - 0-60 см. Поливы производились дождеванием машиной ДДА -100МА. Повторность опыта -трёхкратная. Агротехника, общепринятая для Ростовской области согласно рекомендациям зональных систем земледелия. Образцы почв для определения гранулометрического, агрегатного и микроагрегатного составов отбирались ежегодно осенью после уборки сельскохозяйственных культур по слоям 0-20 см и 20-40 см. Анализы почв проводились в эколого-аналитической лаборатории ФГБНУ «РосНИИПМ». Методика исследований и статистическая обработка общепринятые. При оценке результатов анализов почв использовались «Руководство по контролю и регулированию почвенного плодородия орошаемых земель при их использовании» (2000 г.) [10] и «Справочник по оценке почв» (2004 г.) [9]. Для построения рисунков использовалось программное обеспечение Microsoft Office Excel. Исследуемые черноземы в исходном состоянии (до мелиорации) были сильно уплотнены как в слое 0-20 см, так и в слое 20-40 см. В целом в 40 см слое плотность сложения почвы составляла 1,31 т/м3 и характеризовалась как сильно-уплотненная по Качинскому [10]. Соответственно и порозность в слое почвы 0-40 см относилась к категории неудовлетворительной.
Причины уплотнения орошаемых почв связаны с механическим воздействием сельскохозяйственной техники и в нарушении структуры под влиянием химических процессов - осолонцевания и ощелачивания, характерных для орошаемых массивов и сопровождающихся диспергацией почвенной массы с последующим ее уплотнением.
Об этом свидетельствуют результаты определения содержания агрегатов 0,25 -10,0 мм при мокром просеивании, по которым оценивается структурное состояние и сумма водопрочных агрегатов> 0, 25 мм, характеризующих их водопрочность. До мелиорации структурное состояние черноземов, согласно классификации, в слоях 0-20 и 20-40 см было удовлетворительное. Коэффициент дисперсности для чернозема обыкновенного тяжелосуглинистого состава не должен превышать 10 %. В исследуемых нами черноземах до проведения химической мелиорации он составлял 24-23 единицы, что свидетельствует об их физической деградации.
Влияние компоста и удобрительно-мелиорирующих смесей после 3 и 6 лет их воздействия на уплотнение, порозность, структурное состояние, водопрочность в слоях 0-20 см и 20-40 см представлено в таблице 1, а водопрочность для слоя 0-40 см (рис. 1).
Уже после 3-х лет последействия всех исследуемых мелиорирующих средств было выявлено, что компост и УМС, особенно при присутствии в них 2-х частей ЭТС, оказывали положительное влияние на физические свойства почв, так как именно ЭТС, как кислый мелиорант, способствует коагуляции почвенных частиц, образованию водопрочных агрегатов и улучшению структурного состояния.
По плотности сложения почвы на всех вариантах из категории сильно уплотненной пашни перешли в категорию уплотненной, порозность из неудовлетворительного состояния перешла в удовлетворительное. Агрономически ценные агрегаты при мокром просеивании составляли от 55 до 57 %, что позволяет оценить структурное состояние как хорошее. Это подтвердили данные по расчету коэффициента дисперсности (Кд) и водопрочности (табл.1, рис.1)
Таблица 1. Влияние удобрительно-мелиорирующих средств на физические свойства чернозема обыкновенного деградированного
Вариант опыта Слой почвы, см Плотное ть почв, т/м3 Пороз ность, % Структурное состояние (мокрое просеивани), % Водо-прочность % Коэффи -циент дисперс ности
До мелиорации (2007 год)
Среднее по участку 0-20 1,24 50 47 11 14
20-40 1,33 48 42 10 13
Третий год последействия (2010 год)
1. Контроль 0-20 1,23 52 42 9 16
20-40 1,32 48 40 9 18
2. Компост(П.п+Ф-1:1) -19 т/га 0-20 1,12 56 58 30 9
20-40 1,22 52 55 28 14
3. УМС (П.п.+Т.п.+ЭТС-2:1:1)-33 т/га 0-20 1,17 55 56 28 12
20-40 1,26 52 53 24 16
4. УМС (П.п.+Т.п.+ЭТС-1:1:2) -22 т/га 0-20 1,12 52 54 28 11
20-40 1,24 50 51 24 15
5. УМС (П.п.+ЭТС+Сол.-1:2:1) - 26 т/га 0-20 1,10 57 53 29 9
20-40 1,22 53 51 25 13
6. УМС (П.п+Т.п+ЭТС+ Сол-1:1:2:1) - 26 т/га 0-20 1,08 58 58 32 8
20-40 1,25 54 54 28 12
Шестой год последействия (2013 год)
1. Контроль 0-20 1,19 52 42 9 16
20-40 1,19 50 40 9 18
2. Компост(П.п+Ф-1:1) -19 т/га 0-20 1,10 57 57 32 8
20-40 1,18 53 56 29 12
3. УМС (П.п.+Т.п.+ЭТС-2:1:1) -33 т/га 0-20 1,15 56 55 29 10
20-40 1,24 52 54 26 14
4. УМС (П.п.+Т.п.+ЭТС-1:1:2) -22 т/га 0-20 1,11 54 56 29 10
20-40 1,22 50 52 24 13
5. УМС (П.п.+ЭТС+Сол.-1:2:1) - 26 т/га 0-20 1,10 57 54 31 8
20-40 1,19 52 53 26 12
6. УМС (П.п+Т.п+ЭТС+ Сол-1:1:2:1) - 26 т/га 0-20 1,08 58 59 34 8
20-40 1,20 56 56 27 12
70
60
1 2 3 4 5 6
Варианты опыта
Рисунок 1 - Изменение водопрочности агрегатов под влиянием мелиорации компостом и удобрительно-мелиорирующими смесями (0-30 % - водопрочность недостаточно удовлетворительная, 30-40 % -водопрочность удовлетворительная, от 40 % и выше - водопрочность хорошая)
Улучшению физических свойств этих почв способствовала оптимизация физико-химических свойств черноземов. В частности, в 2013 года (6 год последействия) снизилась солонцеватость и произошло насыщение почв кальцием, поэтому в мелиорируемых черноземах ухудшения физических свойств к 6 году исследований не произошло.
Плотность сложения почв на мелиорируемых вариантах на 6 год последействия в 0-20 см слое составила от 1,08 (УМС (П.п.+Т.п.+ЭТС+Сол)) до 1,15 т/м3 (УМС (П.п.+Т.п.+ЭТС)). Это типичные значения для культурной почвы. Порозность этого слоя на мелиорируемых вариантах - хорошая. Несколько уплотнен слой 20-40 см, соответственно и порозность в этом слое является удовлетворительной для пахотного слоя. Несомненно, определенную роль в разуплотнении почв сыграла и люцерна (возделываемая с 2011 г.), которая своими корнями разрыхляла почву. Уменьшение плотности сложения почв на контроле по сравнению с исходными данными составило 5 %, а на лучшем варианте (УМС(П.п.+Т.п.+ЭТС+Сол)) - 13 % при отличной порозности (58 %). Структурное состояние на вариантах с компостом (2 вариант) и УМС (3, 5 варианты) характеризуется как хорошее.
Сумма водопрочных агрегатов на мелиорированных вариантах в 0-40 см слое составила в пределах 55-58 %, что характеризует их как хорошие по водопрочности. Коэффициент дисперсности также засвидетельствовал улучшение физических свойств почв в целом 0-40 см в слое, как после 3 лет, так и после 6 лет воздействия компоста и УМС.
О том, что улучшению физических свойств почв, а именно водопрочности. содействовало снижение солонцеватости, то есть уменьшение обменного № в ППК, свидетельствует зависимость, представленная на рисунке 2.
Рисунок 2 - Зависимость водопрочности агрегатов от содержания обменного
Na в ППК
Полученный коэффициент детерминации свидетельствует о тесной связи между этими показателями. Отсюда следует, что на деградированных солонцеватых черноземах для оптимизации физических свойств в первую очередь следует провести мероприятия по снижению солонцеватости. Выводы
1. Электролитосодержащие удобрительно-мелиорирующие смеси улучшали физические свойства чернозема обыкновенного в такой же степени, как и компост, приготовленный из П.п. и Ф.
2. Поскольку дозы УМС рассчитывались по содержанию мелиорирующей основы в смеси, поэтому практически все УМС оказывали одинаковое положительное воздействие на физические свойства чернозема обыкновенного деградированного.
3. Плотность сложения почвы из сильно уплотненной (1,31 т/м3) перешла в категорию уплотненной пашни (1,14-1,20 т/м3). Структура приобрела хорошее и удовлетворительное состояние по сравнению с неудовлетворительным на контроле, а агрегаты стали более водопрочными (сумма частиц> 0,25 мм составляет 55-58%) а на контроле - 28%.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Гончаров В.М. Проблема агрофизической оценки комплексного почвенного покрова / В.М. Гончаров //Вестник ОГУ, № 6(100).-2009.- С.560-564.
2. Качинский H.A. Физика почвы / Н.А.Качинский. - М.: Высшая школа, 1965. - 4.1.
- 324 с.
3. Качинский H.A. Физика почвы / Н.А.Качинский. - М.: Высшая школа, 1970. -4.2.
- 359 с.
4. Бондарев А.Г., Медведев В.В. Некоторые пути определения оптимальных параметров агрофизических свойств почв /А.Г. Бондарев, В.В. Медведев // Теоретические основы и методы определения оптимальных параметров
свойств почв. Научные труды Почвенного института им.В.В.Докучаева. -М.:1980.-С.85-98.
5. Шеин Е В. Агрофизика / Е.В.Шеин, В.М. Гончаров - М.: Изд-во МГУ, 2006. - 194 с. Режим доступа: http: www.pochva.com 2015
6. Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения.- М.: Росинформагротех, 2003.- 240 с.
7. Сапожников П.М. Деградация физических свойств при антропогенных воздействиях / П.М. Сапожников // Почвоведение, № 11.- 1994.-С.60-66.
8. Королев В.А. Изменение физических свойств черноземов обыкновенных под влиянием орошения /В.А.Королев // Почвоведение, № 10.- 2008.-С.1234-1240.
9. Вальков В.Ф. Справочник по оценке почв / В.Ф.Вальков, Н.В. Елисеева, И.И. Имгрунт [и др.]. - Майкоп: ГУРИПП «Адыгея», 2004. - 235 с.
10. Скуратов Н.С. Руководство по контролю и регулированию почвенного плодородия орошаемых земель при их использовании / Н.С. Скуратов, Л.М. Докучаева, О.Ю. Шалашова [и др.]. - Новочеркасск, 2000. - 86 с.
11.Хабиров, И. К. Экология и биохимия азота в почвах Приуралья [Текст] / И. К. Хабиров ; [отв. ред. Ф. X. Хазиев] ; Уфимский научный центр РАН, Ин-т биологии, АН РБ. - Уфа, 1993. - 224 с.
12.Багаутдинов, Ф. Я. Состав и трансформация органического вещества почв [Текст] / Ф. Я. Багаутдинов, Ф. X. Хазиев ; АН РБ, Отделение биологических наук, Ин-т биологии УНЦ РАН, Башкирский ГАУ, Докучаевское общество почвоведов. - Уфа : Гилем, 2000. - 198 с.
