Влияние удобрений и мелиорантов на агрохимические свойства почвы

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Влияние удобрений и мелиорантов на агрохимические свойства почвы

Важную роль в интенсивных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур играет агрохимия. Применение удобрений – самое эффективное средство развития и совершенствования растениеводства. С учетом знания свойств различных видов и форм удобрений особенностей их взаимодействия с почвой, определение наиболее эффективных форм, способов сроков применения удобрений создаются наилучшие условия питания растений [1].

Мировой опыт сельскохозяйственного производства показывает, что применение удобрений является ведущим фактором повышения продуктивности пашни, сохранения и улучшения качественных характеристик почвы.

В то же время нерациональное их использование, когда не учитываются потребности в элементах конкретных культур, фактическая обеспеченность почв питательными элементами в доступных формах и в другими факторами жизни растений, может не только не привести к ожидаемому результату, но вызвать ряд негативных изменений это может уменьшить урожай, увеличить непроизводственные материальные затраты, снизить качество растениеводческой продукции и сократить выручку от реализованной продукции. Кроме того, это снижает плодородие почвы, её безопасность и вызывает загрязнение окружающей среды, что существенно сказывается на жизни человека [2].

Сахарная свекла требовательна к условиям минерального питания и занимает одно из первых мест среди полевых культур по потреблению и выносу питательных веществ. В связи с этим, она хорошо отзывается на применение удобрений и изменение агрохимических свойств почв. В лесостепной зоне среднерусской провинции долевое участие минеральных удобрений в формировании урожая составляет 33%. За счет повышения содержания питательных веществ в черноземах выщелоченных, урожайность сахарной свеклы без внесения удобрений возрастала на 31-83 ц/га. Такие данные получены без выделения каждого из агрохимических свойств, которые участвовали в продукционном процессе, а сравнивались эти показатели в совокупности, что не позволило оценить вклад каждого из них в формировании урожая. Данное обстоятельство вызывает интерес к проведению исследований по изучению влияния агрохимических свойств на урожайность сахарной свеклы и эффективность применения под неё минеральных удобрений, как отдельно каждого из этих свойств, так и во взаимосвязи друг с другом в единой системе [3].

Известно, что агрохимические свойства почв характеризует уровень почвенного плодородия, который непостоянен, изменения происходят под действием различных факторов, среди которых главным является применение удобрений. В годы интенсивной химизации сельского хозяйства, баланс питательных веществ складывался с превышением их поступления в почву над выносом урожаем, что позволило за короткий срок увеличить их содержание [4].

В настоящее время вынос элементов питания превалирует над поступлением, что влечет за собой снижение плодородия почв по агрохимическим показателям. Вначале данный процесс проявился в нечерноземной зоне, а сейчас и в Черноземье. Поэтому необходимо обратить внимание на более рациональное использование удобрений и принять меры против снижения уровня почвенного плодородия. Ранее были разработаны нормативы потребности сельского хозяйства в минеральных удобрениях, в которых доза удобрений дифференцировали по экономическим районам и природным зонам России. Они не были привязаны к типам почв и их химическим свойствам. Однако, данный фактор оказывает существенное влияние на эффективность минеральных удобрений [5].

Это уже доказано и имеется нормативно справочная база. Весьма актуально проведение аналогичной работы для основной технической культуры сахарной свеклы.

Для решения поставленных задач были использованы данные полевых экспериментов агрохимслужбы Центрального федерального округа. Это позволило обобщить большое количество материала, который охватывает все возможные ситуации, встречающиеся в производственных условиях при выращивании сахарной свеклы. В результате собраны достаточно обширные выборки с большим диапазоном колебаний агрохимических показателей, не свойственных классическим представлениям о черноземных почвах.

Одна из причин снижения плодородия выщелоченных чернозёмов является нарушение баланса органического вещества. Происходит это за счет увеличения темпов его разложения и потерь за счет эрозии [6].

Органические удобрения являются основным средством повышения плодородия почвы, они активизируют микробиологические процессы в почве, снижает кислотность, повышают содержание углекислого газа в приземном воздухе и способствуют накоплению гумуса, в результате улучшаются физико-химические свойства почвы, повышается ее буферность, более благоприятным становится водный и воздушный режимы, повышается потенциальное и эффективное плодородие почвы [7].

Традиционным органическим удобрением был и остается навоз, но в настоящее время в связи с низкой численностью животных в хозяйствах он не накапливается в достаточном количестве. Одним из существенных источников пополнения почвы органическим веществом является солома зерновых культур. Использование её в качестве органического удобрения способно отчасти использовать потери углерода гумуса, так как в состав соломы входит 35-40% углерода, кроме того, солома содержит в среднем 0, 5% азота, 0, 25% фосфора и 0, 85% калия [1].

Использование органических удобрений, особенно в сочетании с минеральными, создаёт благоприятные условия для получения высоких и устойчивых урожаев различных сельскохозяйственных культур. Минеральные удобрения – быстродействующие, а питательные вещества, содержащиеся в органических удобрениях, становятся доступными по мере их минерализации. Использование только минеральных удобрений нередко приводит к ухудшению некоторых свойств почвы [8].

В последнее время с повышением интереса к экологической направленности земледелия в качестве органического удобрения чаще всего используют солому [1].

Запашка биологического урожая соломы озимой пшеницы увеличивают массу органического вещества почвы в 1, 5 - 2 раза [9].

Однако, заделка в почву без азотных удобрений приводит к снижению содержания минерального азота и трансформация соломы длится 3-4 года, активизировать этот процесс можно с помощью специализированных микроорганизмов. Способностью к регенерации соломы зерновых культур, которая состоит на 70% из целлюлозы, обладают почвенные микромицеты [10].

Численность их в черноземах не велика. К тому же не высокое содержание влаги в почве способствуют быстрой деструкции соломы, поэтому использование в агроценозах, выделенного из чернозема выщелоченного аборигенного штамм микромицета, обладающего высокой целлюлозалитической активностью, ускорит процесс разложения соломы озимой пшеницы в полевых условиях [10].

Одним из важнейших показателей почвенного плодородия является содержание в почве общего и доступного для растений азота. Как известно, подавляющая часть азота в почвах представлена органическими соединениями.

Азот – наиболее дефицитный элемент питания для растений. В большинстве почв азотные удобрения играют важную роль в повышении урожая сельскохозяйственных культур. На различных почвах, в зависимости от условий их применения, размеры потерь азота удобрений и газообразных продуктов могут варьироваться в широких пределах [11].

Черноземные почвы, по сравнению с другими, характеризуются более высоким естественным плодородием, имеют мощный гумусовый горизонт, значительно больше содержат гумуса и общего азота в пахотном горизонте с постепенным снижением их по профилю [1]. Однако, несмотря на высокое плодородие черноземов, обеспеченность их усвояемые формами азота очень часто невысока, следовательно, в азотных удобрениях остро нуждаются не только дерново-подзолистые почвы, но и выщелоченные черноземы [12].

Следовательно, изучение пути рационального использования азотных удобрений, уменьшение газообразных потерь азота и содержание окислов азота в их составе актуальная проблема.

В опытах, проведенных Всероссийским НИИ сахарной свёклы и сахара, изучили применение под сахарную свёклу азотных подкормок и их влияние на агрохимические свойства чернозёма выщелоченного. Данные опыты показали, что подкормки улучшали обеспеченность чернозёма выщелоченного минеральным азотом, повышали влажность почвы, содержание обменного калия в середине вегетации, а на фоне N₄₅Р₄₅К₄₅ + 25 т/га навоза ухудшали физико-химические свойства почвы [13].

Во время всей вегетации растения азот потребляется неравномерно: больше всего азота потребляется в период от середины июня до середины августа, то есть практически всё лето. На удобренном варианте интенсивность его потребления в 2 раза больше, чем на не удобренном [14].

Как отмечает Ю.И. Столповский, для ЦЧР наиболее благоприятный азотный режим почвы создается при внесении N120P120K120 на фоне последействия 40 т/га навоза, что способствует увеличению запасов минерального азота пот всей метровой толще [15].

Исследования Г.Е. Гришина, проведённые в учхозе Пензенской ГСХА, показали, что больше всего азота содержится в известкованной почве. Обеспечивает это навозно-минеральная система удобрения, которая может увеличить содержание легкогидролизуемого азота на 96 мг/кг. Гораздо большее влияние на накопление данных форм азота оказало применение навоза, который в несколько раз превосходил действие минеральной системы удобрений [16].

Внесение азотосодержащих удобрений оказывает существенное воздействие на содержание азота в почвенном профиле. Наличие питательных веществ в начале вегетации соответствовало уровням внесения удобрений, а к концу становилось практически одинаковым. Содержание щёлочногидролизуемого азота к уборке стало меньше где-то в 4-6 раз по сравнению с началом вегетации [17].

Использование азотных удобрений пробуждает биогенность почвы. Данная закономерность действует положительно только лишь по дозам азота, не превышающих 150 кг, так как внесение 180 кг может снижать плодородие почвы [18].

Азот очень динамичный элемент питания растений. Сложность изучения азота заключается в том, что он является подвижным элементом и может меняться даже в течение суток. Существует много работ по этому фактору, но, к сожалению, он изучен не полностью и требует дальнейших исследований.

Существенную роль в современном земледелии играет фосфор. Благоприятный режим этого элемента обеспечивает формирование высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур. Применение фосфорных удобрений на обедненных почвах является важным скрытым ресурсом производства [1].

К сожалению, запасы фосфора в почвах недостаточны для получения высоких урожаев в условиях интенсивного земледелия. Полный возврат фосфора необходим для получения стабильной урожайности и воспроизводства плодородия. Недостаток Р2О5 отражается на развитии сахарной свеклы в начале вегетации, когда сахарная свекла очень слабо усваивает его из труднорастворимых фосфатов. В Воронежской области большая площадь почв имеет низкое и среднее содержание Р2О5, а так же его отрицательный баланс. Такое фосфатное состояние почв не способно удовлетворять потребности сахарной свеклы в этом важнейшем элементе питания [19].

Фосфорный компонент комплексных удобрений наименее доступен растениям вследствие их быстрого связывания. Среди других основных элементов питания они имеют наиболее длительный эффект последействия [1].

Многочисленными исследованиями доказано увеличение количества подвижного фосфора при систематическом применении удобрений. При этом зачастую отмечали переход градаций обеспеченности из более низких в более высокие [20, 21].

Внесение фосфорных удобрений повышает содержание рыхлосвязанного кальция, наиболее доступные фосфаты накапливаются так же во фракции А1-Р, при этом заметно увеличивается содержание высокоосновных фосфатов кальция, особенно в карбонатных почвах. Возможно накопление и органофосфатов – хорошего источника питания для растений [22].

Зачастую накопление в наиболее подвижных 1-4 группах части минеральных фосфатов, что объясняет эффективное длительное последействие фосфорных удобрений. Удобрения повышают степень подвижных фосфатов. Установлено что положительное действие фосфорных удобрений на урожайность при насыщении почвы фосфором уменьшается [19].

Доступность растениям почвенных фосфатов, следовательно – их положительный эффект, в значительной мере обусловлены реакцией почвенной среды, содержанием органического вещества, состоянием почвенно-поглощающего комплекса, количества влаги и ее перемещением в почве, температурой в почве и другими факторами [23].

Показано, что после 20 лет проведения опыта с применением удобрений на черноземе выщелоченном количество наименее подвижной формы фосфора возросло в почве удобренного варианта соответственно на 8, 6, 7, 7 и 20% в слоях 0-20, 20-40 и 40-60 см 25. При внесении навоза и NPK количество валового Р2О5 возрастало на 17-33%, органического фосфора – на 33-42 %, подвижного – на 12-21% [24].

Исследования, проведенные Н.Г. Мязиным, П.И. Подрезовым, свидетельствуют о том, что внесение фосфорных удобрений приводит к повышению содержания подвижного фосфора в почве. Значительного уменьшения содержание подвижного фосфора к концу вегетации по сравнению с начальным периодом роста не отмечалось, а по некоторым вариантам наблюдалось даже увеличение, что связано с невысоким выносом фосфора сахарной свёклой и переходом части недоступных форм в доступные [25].

Данные, полученные Ю.И. Столповским и Г.Н. Ярисом, показали, что внесение удобрений способствует увеличению содержания в почве доступных форм соединений азота и подвижного фосфора. Фосфор потребляется так же, как и азот практически весь период вегетации, но к уборке его содержание понижается [14].

В перспективе прогнозируется снижение объемов производства фосфорных удобрений, содержащих фосфор в водорастворимой форме, ввиду сокращения основных запасов фосфатного сырья. В сложившихся условиях особенное значение придают удобрению почв фосфоритной мукой. Научно-обоснованная оценка роли фосфоритной муки, необходимая для разработки системы применения удобрений в севообороте и в оптимизации фосфоритного питания растений, может быть получена в длительных стационарных опытах шесть, семь. Впервые научное обоснование возможности применения фосфоритной муки в качестве источника фосфатного питания растений было сделано давно на основе экспериментальных данных длительного стационарного опыта " Обогащение почвы фосфатами". Полученные результаты показали практически одинаковые действия фосфоритной муки и суперфосфата на урожайность. При длительном их внесении установлено их длительное последействие на последующих культурах. Рекомендовано в качестве постоянного приема в системе удобрения внесение фосфоритной муки на ротацию севооборота [26].

Важные функции в растениях выполняет калий. Он повышает фотосинтетическую активность растений, ускоряет отток и способствует накоплению продуктов фотосинтеза, активизирует функцию более 60 ферментов, повышает скорость усвоения азота, образования белка и снижает содержание нитратов, оптимизирует кислотно-щелочной баланс, усиливает синтез целлюлозы и пектиновых веществ, снижает интенсивность транспирации и повышает водоудерживающую способность листьев, уменьшает поступление радионуклиодов в растения.

Сахарная свекла выносит большое количество этого элемента (119-208 кг/га), с ростом доз удобрений вынос увеличивается.

При его недостатке замедляется отток углеводов из листьев в корнеплоды, а улучшение калийного питания способствует повышению сахаристости и общего сбора сахара.

При длительном внесении удобрений в почвах лесостепи отмечается постепенное увеличение содержания обменного калия, а при прекращении внесения более быстрое его уменьшение. Это обусловлено высокой насыщенностью ППК двухвалентными основаниями, которые не вступают в реакции обмена с калием.

В этих условиях калий накапливается в необменной форме. Но при длительном применении больших доз удобрений и навоза уровень обменного калия в пахотном и более глубоком горизонте заметно повышался, при этом увеличивалась степень подвижности калия.

Ряд авторов также отмечают, что использование на культурах минеральных удобрений и навоза значительно повышают содержание обменного калия.

Немаловажно отметить, что калийные удобрения повышают урожай последующих культур [27].

По данным Н.Г. Мязина, Л.Ю. Лукина, Л.И. Гридяевой содержание калия на удобренных и неудобренных вариантах снижается, а в исследованиях Н.Г. Мязина и П.И. Подрезова установлено некоторое уменьшение подвижного калия с последующим его восстановлением до прежнего уровня в конце вегетации [28, 25].

Так же очень важным является химическая мелиорация почв, то есть уменьшение кислотности по средствам использования мелиорантов. На кислых почвах эффективность минеральных удобрений снижается на 30-40%, в растениях в 3-8 раз увеличивается накопление тяжелых металлов и радионуклидов. Ежегодный недобор урожая из-за избыточной кислотности составляет 8-10 млн. тонн [29, 30].

К сожалению, известкование выпало из приоритетных направлений мелиорации почв. Площадь известкуемых почв в настоящее время сократилась в 20-30 раз.

По мнению И.А. Шильникова и др, действие известкования носит длительный характер, и при внесении извести в рекомендованных дозах оно проявляется в течение 15-20 лет и больше [31]. При этом каждая тонна извести за ротацию восьмипольного севооборота дает общую прибавку урожая всех культур в переводе на зерно 7-8 ц/га, а за все время своего действия – 12-15 ц/га. Сдвиг рН от СаСО3 на супесчаных почвах составил 0, 17-0, 25, суглинистых 0, 12-0, 19 и на тяжелосуглинистых 0, 09 -0, 11. За 8-10 лет дерново-подзолистая известкованная почва подкисляется на 0, 4-0, 5 единиц [32].

Скорость взаимодействия карбонатов с почвой – многоэтапный и длительный процесс. Она зависит от дозы применения мелиоранта, а также от свойства почв [33]. В исследованиях А.Н. и З.П. Небольсиных через один год после известкования неразложившийся извести оставалось от 25% до 84% в зависимости от дозы применения стандартной известняковой муки (изучали дозы от 5, 5 до 15 и/га). В работе И. А. Шильникова и Л. А. Лебедевой 4 установлено, что на 14 год после внесения извести рН почвы была равна 5, 0, гидролитическая и обменная кислотность соответственно 3, 2 и 0, 09 мг-экв/100 г почвы. Через 3 ротации севооборота величина рН понизилась до 4, 7.

В исследованиях Н.И. Акановой [34] наибольший эффект от известкованиядостигался на 3-6 год последействия извести. В течении последних двух лет сдвиг был равен 0, 02-0, 04 ед. рН, затем происходило его увеличение до 0, 05-0, 06 ед.

Эффективность удобрений резко возрастает при оптимальном сочетании их с другими агротехническими приемами: севооборотом, обработкой почвы, орошением, борьбой с вредителями и болезнями свеклы и др.

Решением проблемы восстановления плодородия кислых почв является их химическая мелиорация. Так, при внесение в почву кальциевых мелиорантов в дозе рассчитанной по полной гидролитической кислотности ликвидируется избыточная кислотность и повышается урожай сельскохозяйственных культур на протяжении 8-10 лет [35].

Под влиянием известкования в ППК происходит замещение ионов водорода и алюминия на ионы кальция и магния, в результате чего снижается кислотность почвы, повышается насыщенность основаниями. Известь также мобилизует фосфаты почвы, что приводит к увеличению содержания доступного растениям фосфора [36].

По результатам полевого опыта, заложенного в 1994 году, на опытной станции ВГАУ им. К.Д. Глинки, установлено, что внесение карбоната кальция в 1 дозе способствовало резкому сдвигу величины pH_KCl (на 2, 38 единицы в слое 0-20) и соответственно сильному уменьшению гидролитической кислотности (с 5, 80 до 0, 58 мг-экв/100г почвы в слое 0-20см). Сумма поглощенных оснований за счет насыщения ППК кальцием возрастала с 24, 7 до 34, 0 мг-экв/100г почвы. При этом резко увеличивалось содержание подвижных форм минерального азота по профилю почвы до 1 метра [37].

Из вышесказанного напрашивается вывод, что внесение мелиорантов на кислых и слабокислых почвах лесостепной зоны оказывает многостороннее положительное действие: устраняет избыточную кислотность и создает оптимальные условия среды для сельскохозяйственных растений и почвенных микроорганизмов, повышает водоустойчивость структурных агрегатов почвы, определяющую благоприятный водный и воздушные режимы, увеличивает накопление подвижных соединений азота, фосфора и калия [35].

Из выше приведенного материала следует, что минеральные удобрения, являясь мощным фактором повышения урожая сельскохозяйственных культур, оказывают неоднозначное влияние на показатели эффективного плодородия почв, с одной стороны при систематическом их применении, ухудшаются показатели кислотности почвы, а с другой – увеличивается запас усвояемых форм азота, фосфора и калия [38].

В отношении минеральных удобрений утвердилось мнение, что в результате их длительного внесения свойства почвы заметно ухудшаются. Объяснение этому явлению принято видеть, с одной стороны в поглощении почвой катионов, входящих в состав удобрений, и подкислении в связи с этим реакции почвенного раствора.

Интенсификация земледелия в частности её важнейшая составная часть - химизация, существенно влияет на современный почвообразовательных процесс. Длительное сельскохозяйственное использование чернозёмных почв без применения необходимого количества органических и минеральных удобрений или применения физиологически кислых минеральных удобрений без одновременного использования органических привело к ухудшению целого ряда агрофизических, агрохимических и биологических показателей почвенного плодородия. Одним из перспективных путей улучшения состояния пахотных чернозёмов является их химическая мелиорация кальцийсодержащими веществами. При введении в ППК кальция уменьшается кислотность, снижается подвижность АI и Mn, улучшается азотный и фосфорный режим почвы, улучшаются агрофизические свойства [39].

Таким образом, применение удобрений и мелиораторов является необходимым фактором поддержания плодородия почвы и его восстановления при правильном и научно - обоснованном их применении.