Агрохимическая характеристика почв

Неузнаваемо изменился почвенный покров и качество почвы под влиянием интенсивности распаханности в сочетании со сложными природно-климатическими факторами и агрохозяй-ственной деятельностью. Давно не встречаются почвы с высоким содержанием гумуса (>10 %). А все качественные изменения, связанные с деятельностью человека, носят, как правило, негативный характер - подтопление, оползни, овраги, эрозионные процессы, засоление, повышение щелочности и увеличение кислотности.

Материалы, которые легли в основу настоящей сводки, являются результатом работ краевой сети агрохимической службы, интерпретированные из районных, хозяйственных показателей, приводимых в агрохимических паспортах (картограммах) в показатели, характеризующие основные типы и подтипы почв Ставропольского края. По архивным материалам, материалам подавляющего большинства хозяйств края, представленным студентами различных факультетов университета для разработки проектов систем удобрений в севооборотах, составлена настоящая сводка, характеризующая агрохимическое состояние почв на 01.09.96 г. (табл. 3).

Отсутствие в сводке данных по содержанию минерального азота в почвах объясняется подвижностью данного элемента, поэтому объективнее воспользоваться расчетной методикой, исходя из содержания гумуса в том или ином типе (подтипе) почвы.

Сводка не претендует на исчерпывающую информацию, но может служить надежным методическим обеспечением учебного процесса для студентов высших учебных заведений агрономических специальностей, на курсах повышения квалификации, а также быть использована в качестве исходных данных для выполнения проектных работ.

В предлагаемой сводке не приводится агрохимическая характеристика интерзональных почв - солонцеватых, солонцевато-солончаковатых, солонцов, вторично в разной степени засоленных, луговатых, супесчаных и песчаных.

Будущим исследователям нельзя пренебрегать информацией о названном массиве почв, поскольку в пашне на долю солонцовых почв, нуждающихся в химической мелиорации, приходится

247,8 тыс. га, собственно солонцов - 258 тыс. га, комплексов с содержанием солонцов - от 10 до 30 % - 297 тыс. га, комплексов с содержанием солонцов - от 30 до 50 % - 132 тыс. га и различной степени солонцеватых почв - 850 тыс. га.

Агрохимическая характеристика почв Ставропольского края (сводные данные из многочисленных источников на 01.09.96 г.)

Таблица 3

Мощность, Апах» СМ

Содержание гумуса, %

pH водн.

Нг

S

Т

V,%

Содержание (мг/кг) почвы

мг-экв/100 г почвы

Р2О5

К2О

Чернозем выщелоченный высокогумусный мощный

40-51

5,5

6,8-7,5

2,0-2,5

39-44

41-46

92-93

22

338

5,1-6,0

21-24

309-375

Чернозем выщелоченный среднегумусный мощный

35-40

3,6

6,5-7,5

1,5-2,0

40-42

42-44

92-93

18

367

3,3-3,9

15-21

358-375

Чернозем типичный высокогумусный мощный

30-40

5,6

6,5-7,5

1,0-1,5

36-40

37-42

95 и >

22

363

5,2-6,0

22-24

330-395

Чернозем типичный среднегумусный мощны!

л

30-40

3,8

6,5-7,5

1,0-1,5

34-38

37-40

96 и >

18

346

3,3-4,0

15-21

310-376

Чернозем типичный низкогумусный мощный

25-30

2,6

6,5-7,5

0,5-1,0

32-35

32-36

98 и >

15

336

2,3-2,9

14-17

297-342

Продолжение

Мощность, Ацах; СМ

Содержание гумуса, %

pH водн.

Нг

S

Т

v,%

Содержание (мг/кг) почвы

мг-экв/100 г почвы

р2о5

К2О

Чернозем типичный высокогумусный среднемощный

35-40

5,6

6,5-7,5

1,0-1,5

38-40

39-42

96 и >

22

320

5,1-6,0

19-24

309-330

Чернозем типичный среднегумусный среднемощный

30-35

3,7

7,0-7,5

0,5-1,0

34-36

35-37

96 и >

18

347

3,3-3,9

15-21

310-375

Чернозем обыкновенный повышенногумусный сверхмощный

35-40

4,7

7,5-8,0

0-0,5

30-32

30-33

98 и >

20

385

4,2-5,2

19-20

376-395

Чернозем обыкновенный повышенногумусный мощный

30-35

4,8

7,0-7,5

0-0,5

35-40

36-40

98 и >

19

360

4,2-5,1

19-20

309-395

3,3-3,9

14-21

356-409

Чернозем обыкновенный среднегумусный мощный

25-30

3,3

7,0-8,0

32-36

32-36

«100

17

355

3,2-3,4

15-19

354-356

оо

Продолжение

Мощность, АПах> СМ

Содержание гумуса, %

pH водн.

Нг

S

т

v,%

Содержание (мг/кг) почвы

мг-экв/100 г почвы

р2о5

к2о

Чернозем обыкновенный среднемощный среднегумусный

35—10

3,8

7,0-8,0

28-30

28-30

-100

18

347

3,6-4,1

16-20

309-395

Чернозем южный среднегумусный среднемощный

27-36

3,5

7,0-7,5

27-37

27-37

-100

18

352

3,3-3,9

14-21

309-409

Каштановые-темнокашатановые очень низко- и низкогумусные

22-30

2,1

7,5-8,0

25-31

25-31

=100

17

380

1,3-3,3

15-19

337-450

Каштановые очень низко- и низкогумусные

22-25

2,0

7,5-8,0

0-25

0-25

= 100

22

380

1,8-2,3

15-26

390-190

Светлокаштановые очень низко- и низкогумусные

18-25

1,7

6,8-7,1

16-20

16-20

-100

20

418

1,3-2,1

17-28

358-173

Продолжение

Мощность, Ацах; СМ

Содержание гумуса, %

pH водн.

Нг

S

т

v,%

Содержание (мг/кг) почвы

мг-экв/100 г почвы

р2о5

К2О

Предкавказский карбонатный чернозем среднегумусный сверхмощный

35-40

3,9

6,8-7,5

38-42

38-42

-100

25

371

3,6-4,2

19-31

366-376

Предкавказский карбонатный чернозем среднегумусный мощный

30-35

3,8

6,6-7,2

40-42

40^42

-100

22

346

3,0-4,2

19-31

310-409

Предкавказский карбонатный чернозем среднегумусный мощный

25-30

3,5

7,0-7,5

38-40

38^10

-100

15

324

14-21

305-342

Предкавказский карбонатный чернозем среднегумусный с

)еднемощный

30-35

3,4

7,0-7,5

40-42

40^12

-100

18

360

3,1-3,9

15-21

354-375

Предкавказский карбонатный чернозем среднегумусный среднемощный

25-30

3,5

7,0-7,5

38-40

38-40

-100

17

372

Примечание: в числителе средние показатели, в знаменателе - крайние значения в выборке.

оо

о

В настоящее время трудно представить сложность работы по агрохимической оценке почв названной группы. Остается только выразить надежду, что найдется исследователь (группа исследователей), накопится больше материалов полевых и лабораторных данных, появится новая концепция оценки интерзональных почв Ставропольского края и прилегающих к нему территорий. Следует однозначно ставить вопрос о новой оценке почвенного покрова Ставропольского края. Есть настоятельная необходимость выяснить, что отражает термин предкавказский карбонатный чернозем. Скорее всего, это региональное определение чернозема типичного. То же касается предгорных черноземов, черноземов каштановых карбонатных. Классификация (номенклатура) почв, на наш взгляд, должна быть общероссийской, исходящей из основ, заложенных В. В. Докучаевым.

Основными компонентами почвенного поглощающего комплекса всех типов почв являются кальций и магний. Реакция почвенной среды слабощелочная (pH = 7,5-8,5) (табл. 3), за исключением засоленных почв, благоприятна для произрастания большинства сельскохозяйственных культур.

Общее содержание гумуса и основных элементов питания в почвах Ставрополья колеблется в значительных пределах. Наиболее плодородными являются выщелоченные черноземы, где количество гумуса в пахотном слое составляет 5,5-10,7 %, азота -0,29-0,45; фосфора 0,10-0,12 и калия - 2,0-2,5 %. В то же время, светло-каштановые почвы содержат соответственно: 1,5-2,2; 0,09-0,15; 0,09-0,13 и 2,1 %. Содержание гумуса в различных типах почв края колеблется от 100 до 600 т/га.

В пределах почвенной разности и административных районов наблюдается значительная пестрота эффективного плодородия, обусловленная предшествующей удобренностью, условиями увлажнения, типом севооборота и другими факторами хозяйственной деятельности человека.

Количество подвижного фосфора в почвах основных сельскохозяйственных зон края колеблется от 14,0 до 29,0, обменного калия - от 305 до 490 мг/кг почвы. Среднее содержание фосфора Р2О5 по краю доведено до 19,0 мг/кг почвы. Однако в ряде районов количество этого элемента не превышает 14-15 мг/кг почвы.

Большим резервом увеличения производства зерна и кормов на Ставрополье является химическая и агробиологическая мелиорация солонцов и солонцеватых почв, занимающих 21 % террито рии. В крае было проведено почвенно-мелиоративное районирование для определения закономерностей распространения солонцовых почв на основе применения типологической группировки или объединения контуров и массивов солонцовых почв, близких по своим особенностям и структуре комплексов. За основной критерий сходства и различия при почвенно-мелиоративном районировании условно приняты для черноземных солонцов химические и физико-химические свойства, почвообразующие породы и рельеф, для солонцов, зоны каштановых почв - свойства солонцов, состав комплексов, микрорельеф и естественная растительность.

Солонцовые почвы черноземной зоны распространены в Андроповском и Шпаковском районах и различаются по морфологическим и химико-физическим признакам.

В черноземной зоне края солонцеватые слитые черноземы и солонцы расположены на засоленных майкопских глинах. Эти почвы отличаются тяжелым гранулометрическим составом, низкой водопроницаемостью, насыщенностью ППК натрием (от 3 до 15 % от емкости поглощения), уплотненностью почвенного профиля.

Низкая водопроницаемость затрудняет усвоение питательных веществ растениями, способствует переувлажнению верхних горизонтов и развитию анаэробных процессов.

Наряду с отрицательными химическими и водно-физическими свойствами, черноземы слитые солонцеватые имеют довольно высокое потенциальное плодородие, содержат в пахотном слое до 5 % гумуса, 15-30 мг/кг подвижного фосфора, более 250 мг/кг обменного калия.

В зоне каштановых почв солонцы, солонцеватые и солончаковые почвы и их комплексы сосредоточены в северо-восточной части края, и вся территория распространения засоленных почв по географическому признаку может быть отнесена к Приманычскому массиву. По структуре солонцовых комплексов, степени участия в них солонцов и солончаков с различными химическими и химикофизическими свойствами, уровню и качеству засоления почв этот массив делится на два самостоятельных почвенно-мелиоративных района: Калаусский и Кумский.

Основным приемом улучшения солонцовых почв черноземной зоны является химический - внесение фосфогипса, известковой крошки. Их мелиорирующее действие очень эффективно и уже в первый год дает положительные результаты. Средняя многолетняя прибавка урожая зерна от химической мелиорации равна 5 ц/га, а в благоприятные годы и выше.

На солонцах в зоне каштановых почв эффективен агробиологический метод, в основе которого лежит глубокая мелиоративная вспашка плантажным или 3-ярусными плугами. Сущность этого метода состоит в том, что глубокой обработкой в пахотный слой вовлекаются соли самой почвы, и в дальнейшем они играют положительную мелиоративную роль, замещая поглощенный натрий на кальций почвенного раствора и изменяя в положительную сторону химические свойства почв. Глубокая мелиоративная обработка рыхлит плотный солонцовый горизонт, улучшает водопроницаемость почв, что способствует вымыванию водорастворимых солей в нижние горизонты почвенного профиля. Средняя многолетняя прибавка урожая от применения этого метода равна 9 ц/га кормовых единиц, а при внесении под основную вспашку 40 т/га навоза прибавки урожая возрастают до 12 ц/га кормовых единиц. Период последействия этого приема продолжается 15 лет. Методы улучшения солонцов и солонцеватых почв, кроме улучшения химических и водно-физических свойств, дают возможность использовать на этих почвах энергосберегающие технологии возделывания сельскохозяйственных культур. Изменение плотности солонцовых почв в результате мелиорации с 1,55-1,60 до 1,10-1,20 г/см3 не требует при обработке этих почв дополнительных затрат энергии и горючего, которые были необходимы ранее при обработке солонцовых почв.

Успех мелиорации зависит от правильного выбора соответствующего метода и его использования. Набор методов должен основываться на принципах, позволяющих выбрать и найти именно те мероприятия, которые будут наиболее эффективны в конкретном случае. Е. И. Годуновой и Л. Н. Петровой (1989) в стационарных исследованиях было изучено 64 варианта с набором разноглубинных вспашек, различных мелиорантов, удобрений в чистом виде и в разнообразных сочетаниях для определения наиболее оптимальных приемов мелиорации почв черноземной зоны Ставрополья. Анализ полученных данных показал, что самым результативным приемом, обеспечивающим наибольшую прибавку урожая (от 34,9 до 53,2 корм. ед. с 1 га) является комплексный, включающий внесение 15 т/га фосфогипса совместно с 60 т/га навоза на фоне рыхлений (стойки СибИМЭ, РСН-2,9). Наивысший условно чистый доход получен от внесения фосфогипса с применением рыхлений (стойки СибИМЭ, РСН-2,9).

3.1. Содержание гумуса

Гумус образуется в результате сложных биохимических процессов распада и синтеза органических веществ и взаимодействия их с жидкой, твердой и газообразной фазами почвы. В гумусе содержится 80 % серы и почти все количество азота и углерода, адсорбирует около 40-60 % фосфора почвы. Он является энергетическим материалом для жизнедеятельности микроорганизмов и грибов, способствующих образованию доступных для растений веществ. При взаимодействии с минеральной частью почвы органическое вещество образует сложные коллоиды, являющиеся основой структуры почвы. Кроме того, органическое вещество почвы обладает значительно более высокой поглотительной способностью, чем минеральные коллоиды. Чем выше содержание гумуса в почве, тем лучше она удерживает питательные элементы, существенно снижая их потери, лучше поглощает и удерживает элементы-загрязнители (тяжелые металлы, радионуклиды, остаточные количества пестицидов), снижая их поступление в растения. В условиях интенсивного сельскохозяйственного производства трансформация гумусовых веществ во многом зависит от проводимых в агроценозах агротехнических приемов.

Как отмечает Н. Ф. Коробской (1995), считалось, что после распашки черноземов в Краснодарском крае потери гумуса идут высокими темпами, затем снижаются, но качественный состав гумуса остается постоянным. Позже, когда интенсификация земледелия возросла в основном за счет химизации, и в частности внесения высоких доз физиологически кислых удобрений, изменились условия гумусообразования. Увеличилось количество подвижных фракций гумуса. Было отмечено явление «стекания» гумуса в нижележащие горизонты. Этот процесс носит двойственный характер: положительный - активизация почвообразовательных процессов в глубоких горизонтах, отрицательный - вместе с подвижными фракциями гумуса за пределы корнеобитаемого слоя уходят питательные вещества, и в первую очередь, - азот. Подкисление сопровождается потерей кальция, что ведет к ухудшению структуры почвы. Особенно ярко это проявляется на орошаемых черноземах, где за счет более интенсивной микробиологической деятельности и промывного режима, темпы минерализации органического вещества значительно выше, чем на неорошаемых. Имеющиеся данные по составу гумусовых веществ в орошаемых черноземах позволяют предположить, что вновь образованные вещества оказываются менее сконденсированными; большая их часть, в сравнении с неорошаемыми, представлена фульвокислотами и легкоподвижными гумусовыми веществами.

М. Т. Куприченков с соавторами (1988) отмечает, что в настоящее время в почвах Ставрополья наблюдается снижение почвенного плодородия, и в частности содержания гумуса в пахотном горизонте. Все возделываемые в крае культуры расходуют ежегодно 2,7 млн т гумуса, а возвращают в почву с пожнивными и корневыми остатками 3 млн т. На парующих почвах ежегодно теряется свыше 2 т/га гумуса, а на всей их площади около 1,5 млн т. Внесение 12-14 млн т навоза дает дополнительно 1,7 млн т гумуса. При расходе гумуса 4,2 млн т в год приход гумуса составляет

4,7 млн т. Если учесть, что за счет эрозии почв ежегодно теряется около 1,3 млн т гумуса, то дефицит баланса гумуса составляет 0,8 млн т в год. Воспроизводство плодородия может быть достигнуто лишь путем систематического применения всех видов минеральных и органических удобрений (навоза, соломы, пожнивных остатков, сидератов и т. п.).

В последнее время появилась необходимость дополнительного внесения в почву таких элементов, как кальций, магний, сера, марганец и других, что связано с возросшим их отчуждением урожаями возделываемых культур. Это привело не только к дефициту этих элементов в почвах, но и к нарушению их соотношения, динамического равновесия, приводящих к блокировке поступления в растения одних элементов другими.

Анализ трансформации плодородия почв в длительных стационарных опытах Юга России показал, что уровень органического вещества поддерживается определенным набором элементов из запасов почвенного плодородия. Этот же набор необходим и для создания ежегодной биомассы возделываемых культур. Складывается ситуация, когда искусственно поддерживается дефицит Са, Mg, Fe, Al, Мп, Nan других элементов катионной группы зольных элементов почвенного поглощающего комплекса, необходимых одновременно для поддержания уровня содержания органического вещества и формирования биомассы растений. Это ведет к нарушению равновесия между органической и минеральной частями почв, что является в конечном случае причиной снижения эффективного плодородия почв, даже несмотря на применение азотнофосфорно-калийных минеральных удобрений. Наиболее ярко это проявляется при монокультуре и бессменных посевах.

Согласно данным НПО «Нива Ставрополья», в целом по краю баланс гумуса складывается отрицательно, ежегодный дефицит по результатам 3-го тура обследования составлял 247 тыс. т, или 57 кг/га. Если под зерновыми колосовыми, зернобобовыми и кормовыми культурами баланс гумуса бездефицитный, то под пропашными культурами отрицательный. Результаты длительных опытов, проведенных Краснодарским НИИСХ, показали, что после бобовых культур и озимой пшеницы его содержится больше, чем после кукурузы, подсолнечника и сахарной свеклы.

Это объясняется массой оставляемых предшествующей культурой пожнивных остатков, скоростью их минерализации и содержанием в них азота (табл. 4).

Таблица 4

Содержание гумуса под предшественниками и последующей озимой пшеницей, (в слое почвы 0-40 см, в среднем за 11 лет), %

Предшественник озимой пшеницы

Содержание гумуса перед посевом озимой пшеницы

Содержание гумуса после уборки озимой пшеницы

Люцерна

3,40

3,45

Горох

3,37

3,43

Кукуруза на силос

3,34

3,36

Подсолнечник

3,36

3,29

Сахарная свекла

3,26

3,36

Озимая пшеница

3,42

3,44

Озимая пшеница, в зависимости от предшественников, оставляет в пахотном слое 5,1-6,2 т/га органического вещества, в котором содержится 0,52-0,74 % азота, 0,21-0,28 % фосфора и 0,37-0,45 % калия. После кукурузы на силос и зерно остается примерно такая же масса пожнивных остатков 5,6-5,8 т/га, содержащая 0,67-0,69 % азота, 0,21-0,31 % фосфора и 0,81-0,86 % калия. После сахарной свеклы - 3,5 т/га органических веществ с содержанием 1,89 % азота, 0,56 % фосфора и 0,21 % калия. После гороха в почве остается 3,3 т/га пожнивных остатков, содержащих 1,0 % азота, 0,22 % фосфора и 0,29 % калия.

Данные IV тура обследования почв пашни свидетельствуют о том, что содержание гумуса в почвах большинства районов Ставропольского края продолжало снижаться. Убыль гумуса подтверждается не только установленным отрицательным балансом, приведенным выше, но и данными химических анализов черноземов и каштановых почв в динамике (табл. 5).

Динамика гумуса в пахотных почвах, %

Таблица 5

Почвы

Годы

Слой, см

Гумус

Убыль

исходное

конечное

всего

в год

Черноземы обыкновенные

1970-1985

0-20 20-30 30^10

  • 4,97
  • 4,67
  • 3,74
  • 4,01
  • 3,76
  • 3,14

0,96 0,81 0,60

0,06 0,05 0,04

Темнокаштановые

1976

0-20

3,16

2,67

0,49

0,06

Каштановые

1976-1983

0-20

2,23

1,91

0,41

0,05

Гумус как интегральный показатель почвенного плодородия определяет многие почвенные характеристики и тесно связан с большинством из них. Так, запасы гумуса метрового слоя в Предкавказье на 88 % определяют мощность гумусовых горизонтов, на 91 % - его содержание в горизонте А, на 98 % - его запасы в слоях 0-20; 0-30; 0-50; 0-150 см и на 83 % - общую пористость, на 58 % - сумму обменных оснований, на 69 % - ила и на 52 % -глины. Этот показатель на 90 % и более определяет урожайность культур.

С гумусом тесно связаны плотность, структурный состав, вла-гоемкость, водопроницаемость, тепловые свойства, пищевой режим и другие свойства почвы.

Основываясь на данных по гумусированности и гранулометрическому составу почв, можно с известной степенью точности прогнозировать многие почвенные характеристики (Куприченков, Копейкин, 1988). Это было положено авторами в основу метода определения оптимальных значений параметров почвенного плодородия, при которых могут быть максимально реализованы потенциальные возможности сельскохозяйственных культур. Пользуясь рядом уравнений регрессии и введя в них оптимальные значения запасов гумуса, были получены оптимальные параметры остальных почвенных свойств и сравнены с их фактическими значениями (табл. 6).

Таблица 6

Свойства почвы

Фактические

Оптимальные

М

интервалы

М

интервалы

Черноземы предгорные тучные

Содержание гумуса в горизонте А, %

9,00

7,77-10,23

10,33

9,93-10,72

Запасы гумуса, т/га в слое: 0-20 см

178

151-205

204

196-212

0-30 см

254

221-287

291

280-302

0-50 см

386

384^124

443

426-460

0-100 см

571

492-650

655

630-680

А+В

607

512-702

697

670-723

pH

7,46

7,33-7,59

6,9

6,8-7,0

Сумма обменных оснований, мг-экв/100 г почвы

42,0

49,3

48,1-50,6

Подвижный фосфор, мг/кг

23,4

18,8-28,0

27,1

26,2-28.2

Обменный калий, мг/кг

294

246-342

364

352 375

Нитрификационная способность, мг/кг почвы

43,0

47,6

45,7-49,6

Объемная масса, г/см3

1,00

0,94-1,06

0,99

0,99-0,99

Удельная масса, г/см3

3,63

2,58-2,68

2,63

2,59-2,69

Общая пористость, %

62

61-63

62,4

61,8-63,0

Содержание физической глины, %

46

36-56

61,6

61,8-63,0

Содержание ила, %

17

14-20

23

23-24

Влажность завядания, %

11,5

14,7

Содержание водопрочных агрегатов, %

85

94

92-96

Содержание легкорастворимых солей, %

0,047

0,040

0,036-0,043

оо

оо

Фактические и оптимальные свойства почв Ставрополья

Свойства почвы

Фактические

Оптимальные

М

интервалы

М

интервалы

Черноземы выщелоченные

Содержание гумуса в горизонте А, %

6,38

5,19-7,57

7,28

6,93-7,64

Запасы гумуса, т/га в слое: 0-20 см

137

112-158

157

149-164

0-30 см

199

170-228

228

216-240

0-50 см

296

263-329

338

322-354

0-100 см

451

420-492

515

490-540

А+В

483

429-537

551

490-540

pH

6,90

6,57-7,23

7,2

7,1-7,3

Сумма обменных оснований, мг-экв/100 г почвы

41,1

42,1

40,9-43,4

Подвижный фосфор, мг/кг

20,4

16,1-24,7

21,1

20,0-22

Обменный калий, мг/кг

303

263 343

300

289-311

Нитрификационная способность, мг/кг

32

40,8

38,7-43,0

Объемная масса, г/см3

1,05

0,97-1,13

1,05

1,06-1,06

Удельная масса, г/см3

2,56

2,51-2,61

2,56

2,51-2,61

Общая пористость, %

59

58-60

58,8

58,2-59,7

Содержание физической глины, %

61

52-70

55,6

54,6-56,7

Черноземы выщелоченные

Содержание ила, %

27

19-35

25

24-25

Влажность завядания, %

11,6

11,0

10,9-11,1

Содержание водопрочных агрегатов, %

80

82

80-84

Содержание легкорастворимых солей, %

0,055

0,065

0,064-0,066

чо

О

Свойства почвы

Фактические

Оптимальные

М

интервалы

М

интервалы

Черноземы обыкновенные

Содержание гумуса в горизонте А, %

4,76

4,18-5,34

5,00

4,76-5,25

Запасы гумуса, т/га в слое: 0-20 см

109

94-124

115

109-120

0-30 см

160

140-180

168

160-176

0-50 см

246

258-275

258

246-271

0-100 см

390

342-438

410

390-430

А+В

405

341-160

426

405-447

рн

7,99

7,77-8,21

7,4

7,3-7,5

Сумма обменных оснований, мг-экв/100 г почвы

35,4

36,8

35,8-37,8

Подвижный фосфор, мг/кг

16,5

13,2-19,2

22,7

21,5-23,9

Обменный калий, мг/кг

302

267-336

346

334-358

Нитрификационная способность, мг/кг

33,9

-

39,1

37,0-41,2

Объемная масса, г/см3

1,21

1,14-1,28

1,13

1,13-1,14

Удельная масса, г/см3

2,60

2,56-2,64

2,60

2,56-2,64

Общая пористость, %

54

53-55

56,3

55,8-56,8

Содержание физической глины, %

52

44-60

51,1

50,3-52,0

Содержание ила, %

28

21-35

27,5

27,1-28,0

Влажность завядания, %

11,6

10,6

10,6-10,7

Содержание водопрочных агрегатов, %

75

73

72-75

Содержание легкорастворимых солей, %

0,065

0,076

0,073-0,080

Свойства почвы

Фактические

Оптимальные

М

интервалы

М

интервалы

Слитые темноцветные почвы

Содержание гумуса в горизонте А, %

5,51

4,72-6,30

5,66

5,40-5,93

Запасы гумуса, т/га в слое: 0-20 см

126

107-145

130

124-136

0-30 см

187

159-215

192

183-201

0-50 см

287

246-328

295

282-309

0-100 см

418

348-488

430

390-430

А+В

405

341-460

426

410-450

pH

7,28

6,63-7,93

7,3

7,2-7,4

Сумма обменных оснований, мг-экв/100 г почвы

41,3

37,8

36,7-38,8

Подвижный фосфор, мг/кг

19,5

16,1-22,1

23,5

22,4-24,7

Обменный калий, мг/кг

369

322-416

353

341 366

Нитрификационная способность, мг/кг

34

40,7

38,6-42,8

Объемная масса, г/см3

1,21

1,21-1,30

1,12

1,11-1,13

Удельная масса, г/см3

2,59

2,55-2,63

2,59

2,54-2,64

Общая пористость, %

53

52-54

56,8

56,3-57,2

Содержание физической глины, %

75

70-80

52,0

51,1-52,9

Содержание ила, %

47

40-54

32,6

32,0-33,2

Влажность завядания, %

14,5

10,7

10,6-10,8

Содержание водопрочных агрегатов, %

40

75

73-77

Содержание легкорастворимых солей, %

0,067

0,073

0,070-0,0

чо м

Свойства почвы

Фактические

Оптимальные

М

интервалы

М

интервалы

Черноземы южные

Содержание гумуса в горизонте А, %

3,49

3,22-3,76

3,81

3,63-4,0

Запасы гумуса, т/га в слое: 0-20 см

81

73-89

89

84-93

0-30 см

119

108-130

130

124-136

0-50 см

182

166-198

199

189-209

0-100 см

279

257-301

305

290-320

А+В

273

247-299

298

284-313

pH

7,90

7,69-8,11

7,7

7,6-7,8

Сумма обменных оснований, мг-экв/100 г почвы

34,2

31,3

30,6-32,1

Подвижный фосфор, мг/кг

15,4

13,0-17,8

22,8

21,6-24,0

Обменный калий, мг/кг

350

294-406

387

374-400

Нитрификационная способность, мг/кг

33

39,5

36,2-40,8

Объемная масса, г/см3

1,25

1,18-1,32

1,21

1,20-1,23

Удельная масса, г/см3

2,62

2,57-2,67

2,62

2,56-2,67

Общая пористость, %

52

51-53

53,6

53,2-54,0

Содержание физической глины, %

48

41-55

46.6

46.0-47.3

Содержание ила, %

20

17-23

19,5

19,2-19,7

Влажность завядания, %

10,3

9,0

10,3-10,4

Содержание водопрочных агрегатов, %

68

64

63-65

Содержание легкорастворимых солей, %

0,070

0,078

0,075-0,082

Исследуя роль биомассы культур в формировании этапного состояния содержания гумуса и химических элементов В. В. Агеев, А. И. Подколзин, В. И. Воронин, В. А. Марченко (1990) показали, что на полях всех зон Ставропольского края величина отчуждаемой части биомассы озимой пшеницы превышает оставленную в 1,6-1,8 раза. Оставшаяся в почве растительная масса трансформируется в гумус, а входящие в ее состав химические элементы используются последующими культурами для формирования урожая.

По сравнению с естественными биоценозами, на полях Центрального Предкавказья из-за большого превышения отчуждаемой части биомассы над оставляемой фактически происходит разрыв малого биологического круговорота веществ, при котором элементы питания растений, содержащиеся в отчуждаемой биомассе, безвозвратно выносятся из почвы. Это нарушает цикличность динамики гумусного состояния и биогеохимии почвообразования.

Такое соотношение между отчужденной и оставленной частями биомассы озимой пшеницы привело к тому, что под воздействием этой культуры за период с 1971 по 1988 г. в крае сформировался отрицательный баланс гумуса с дефицитом 266,7 тыс. т. Соответственно, в зонах с первой по пятую его величина составляет 308,3; 387,7; 324,7; 111,3 и 6,7 тыс. т. Для улучшения состояния плодородия почв предлагается в соответствии со специализацией и экономическими возможностями зон края уменьшить отчуждение биомассы озимой пшеницы. Расчеты показывают, что оставление на полях Ставрополья соломы в первой зоне 33 %, 50 % - во второй и около 95 % - в остальных, привело бы к положительному балансу гумуса - по краю дополнительно было бы получено 9284,2 тыс. т гумуса и существенно уменьшило бы потребность в органических и минеральных удобрениях.

Экономия азотных, фосфорных и калийных удобрений составила бы 286,5; 127,4 и 605,6 тыс. т соответственно. В. В. Агеев и др. (1997) показали, что насыщение севооборота 120 NPK (при N : К = 1 : 1,3 : 04) + 5 т/га навоза в течение 1976-1991 гг. стабильно возмещает вынос азота на 53-59 %, фосфора - на 154-157 %, калия - на 36-38 % (общий баланс), значительно стабилизирует содержание гумуса и обеспечивает наивысшую продуктивность культур восьмипольного севооборота (занятой пар, озимая пшеница, озимая пшеница, кукуруза на силос, озимая пшеница, горох, озимая пшеница, подсолнечник) на выщелоченном тяжелосуглинистом черноземе Ставропольской возвышенности.

При этом насыщение севооборота N21P36K3 + 2,5 т/га навоза, как и N69P83K29 + 7,5 т/га навоза в течение трех ротаций не привело к существенному изменению основных агрохимических показателей плодородия почвы по сравнению с исходными.

Динамика содержания гумуса в почвах Ставропольского края свидетельствует о том, что за период с 1963-1968 г. по 1988-1993 и 1993-1996 гг. его среднее содержание неуклонно снижалось с 3,41 % - в I туре обследования до 3,00 % - в V туре. Данные VI тура показывают, что в 9 из 24 исследованных районов (Платовский, Петровский, Андроповский, Грачевский, Минераловодский, Новоалександровский) произошло резкое снижение содержания гумуса (табл. 7, 8).

Таблица 7

Динамика содержания гумуса по турам агрохимического обследования почв Ставропольского края, %

Районы

Тур обследования*

I

11

Ill

IV

V

VI

I зона

1. Апанасенковский

2,17

2,16

2,10

2,10

1,70

2. Арзгирский

2,09

2,09

1,80

1,80

1,80

1,80

3. Левокумский

1,75

1,74

1,70

1,40

1,40

4. Нефтекумский

1,53

1,49

1,60

1,60

1,70

5. Туркменский

2,18

2,05

2,20

2,20

2,10

2,20

II зона

6. Александровский

4,14

3,98

3,80

3,80

3,40

7. Благодарненский

2,64

2,54

2,30

2,40

2,30

8. Буденновский

2,25

2,09

1,80

2,00

2,00

9. Ипатовский

2,60

2,54

2,60

2,50

2,50

2,00

10. Курский

2,26

2,26

2,10

2,10

2,10

11. Новоселицкий

2,60

2,50

2,30

2,60

2,60

12. Петровский

3,49

3,45

3,30

3,30

3,20

2,70

13. Советский

2,78

2,78

2,50

2,50

2,60

14. Степновский

2,41

2,44

2,10

2,00

2,10

-

Районы

Тур обследования*

? 1 II 1

ш

livl

LvJ

Ivi

111 зона

15. Изобильненский

5,06

4,80

5,00

4,40

4,40

4,20

16. Грачевский

3,43

3,30

3,30

3,00

3,00

2,80

17. Кочубеевский

4,24

4,17

4,00

3,20

3,20

3,20

18. Красногвардейский

5,08

5,05

5,10

5,00

4,20

19. Андроповский

3,12

2,99

3,00

2,80

2,80

20. Новоалександровский

4,20

4,03

4,00

3,70

3,80

3,70

21. Труновский

3,34

3,30

3,20

3,00

3,00

22. Шпаковский

5,69

5,42

5,10

4,50

4,50

IV зона

23. Георгиевский

3,80

3,72

3,40

3,20

3,50

24. Минераловодский

4,68

4,57

4,60

4,60

4,60

4,20

25. Кировский

4,71

4,69

3,60

3,60

3,50

26. Предгорный

6,33

6,27

6,00

6,00

5,50

Среднее по краю

3,41

3,32

3,17

3,10

3,00

3,00

Примечание: *Годы проведения туров обследования: I - 1964—1968; II - 1968— 1976; III - 1976-1983; IV - 1983-1988; V - 1988-1993; VI - 1993-1996

Таблица 8

Содержание гумуса в почвах пашни Ставропольского края (по состоянию на 1.01.1996 г.), %

Наименование районов

Opt*

Факт.

Степень обеспеченности

Апанасенковский

3,55

2,00

низкая

Арзгирский

2,82

1,70

очень низкая

Левокумский

2,82

1,56

очень низкая

Нефтекумский

2,82

1,44

очень низкая

Туркменский

3,55

2,30

низкая

Александровский

3,81

3,50

средняя

Благодарненский

2,82

2,30

низкая

Буденновский

2,82

1,97

низкая

Ипатовский

3,81

2,80

низкая

Курский

3,55

2,19

низкая

Новоселицкий

3,55

2,47

низкая

Петровский

3,55

3,00

низкая

Советский

3,55

2,60

низкая

Степновский

2,82

2,10

низкая

Наименование районов

Opt*

Факт.

Степень обеспеченности

Изобильненский

4,0

3,6

средняя

Грачевский

3,3

3,3

средняя

Кочубеевский

5,1

4,2

повышенная

Красногвардейский

3,3

3,0

низкая

Андроповский

6,5

4,5

повышенная

Новоалександровский

4,2

3,8

средняя

Труновский

3,7

3,2

средняя

Шпаковский

5,0

4,4

повышенная

Георгиевский

2,9

3,4

средняя

Минераловодский

5,2

4,9

повышенная

Кировский

3,6

3,6

средняя

Предгорный

6,0

5,5

высокая

Примечание: Opt* - оптимальный показатель по основному типу почв

Значительную часть территории Ставропольского края занимают почвы с низким и очень низким содержанием гумуса (рис. 1).

КРАСНОГВАРДЕЙСКОЙ.

X АПАНАСЕНКОВСКИЙ (РАЙОН ипатовский район* j _

I —! <z. L-.

.. НОВОАЛЕк-’“[*ъ1 /ТРУНОВСКИЙ К:

САНДРОВСКИЙ" РАЙОН j

L ТУРКМЕНСКИЙ РАЙОН

I. РАЙОН • (_ _ fJ

ИЗОБИЛЬНЕНСКИЙ J. РАЙОН_Г-:

СГРАЧЕВСКИ^

..ШПАКОВСКИЙ РАЙОИАЙОН

ПЕТРОВСКИЙ район'

j. БЛАГОДАРИ ЕНСКИЙ

РАЙОН ?

I АРЗГИРСКИЙ РАЙ'ОН

/ ЛЕВОКУМСКИЙ РАЙОН

к КОЧУБЕЕВСКИЙ 2

Ц РАЙОН 1

^АНДРОПОВСКИЙ?0*'^1

РАЙОН }

Ч^НОВОСЕЛИЦКИИ

> АЛЕКСАНДРОВ-^^®®-®®

> -----й РАЙОН

/*<. БУДЕННОВСКИЙ район'" г

? (НЕФТЕКУМСКИЙ 5

' X /•—z* X район l-

граница края

границы районов

^ИНЕРАЛ(> j Щ С СОВЕ'Ш-кЙЙ •pj” ВОДСКИИГЕОРГИЕВСКИЙ Р^айОН

-?» РАЙОН Л район с-’;/

СТЕПНОВСКИЙ I ? /

4, :?АЙОН^ j

менее 10%

  • 30-40%
  • 10-20%
  • 40-60%

I ПРЕДГОРНЫЙ РАИОЙ>-Л' -) г-.^-^ИРОВСКИИ

7 .------/ райо$

КУРСКИЙ РАЙОН

20-30%

более 60%

Доля сельскохозяйственных угодий с низким и очень низким содержанием гумуса

Рис. 1. Доля сельскохозяйственных угодий с низким и очень низким содержанием гумуса

В Арзгирском и Изобильненском районах его содержание оставалось на прежнем уровне, а в Туркменском несколько возросло.

Это может быть связано с существенным снижением в период с 1988 по 1996 гг. применения минеральных и органических удобрений. Доза минеральных удобрений, внесенная под урожай 1995 года, в среднем по краю составила 12 кг/га, а органических - 0,7 т/га. Доля удобренной минеральными удобрениями посевной площади в большинстве районов колебалась от 10 до 30 %.

Доля удобренной органическими удобрениями посевной площади в большинстве районов не превысила 2 % и только в Ипатов-ском и Советском районах превысила 3 %, при этом средняя доза не превысила 1,5 т/га.

В 1987 году средняя доза внесения минеральных удобрений составила 95 кг/га, а органических - 3 т/га.

3.2. Азот и его соединения в почвах

Роль азота заключается, прежде всего, в том, что этот элемент в наибольшей степени определяет запасы растительной и животной пищи на земле. Ведущая роль проблемы азота обусловлена наибольшим его выносом урожаями культур, слабым последействием азотных удобрений, низким коэффициентом их использования растениями и их высокой стоимостью.

Острота проблемы азота в плодородии почв и питания растений также связана с тем, что основная часть почвенного азота (70-90 %) входит в состав гумуса, а доступные растениям соли азотной кислоты и аммония хорошо растворимы и легко вымываются или улетучиваются, переходя в газообразные формы. Количество минерального азота усвояемого растениями в почве, как правило, не превышает 1-3 % от его общих запасов.

Специфическая роль азота в биохимических процессах в почве обусловлена большим числом и диапазоном его валентностей. При переходе из восстановленной (NH3) в предельно окисленную (NO3-) форму его валентность изменяется от -3 до +5. Переводя азот из одной формы в другую, организмы получают энергию для своей жизнедеятельности. Протекающие при этом многочисленные реакции (аммонификация, нитрификация, денитрификация) идут с выделением энергии. Лишь фиксация азота (образование аммиака из молекулярного азота азотфиксирующими организма ми), выполняемая в две стадии, идет с затратой энергии. В ходе данных реакций, а также в процессе разложения и синтеза гумусовых веществ, в почве образуются различные формы минерального и органического азота. В почве трансформация азота определяется в основном процессами синтеза и разложения органического вещества и уровнем микробиологической и энзиматической активности почвы.

Вопросы о природе, запасах и формах почвенного азота достаточно подробно рассмотрены в целом ряде крупных работ отечественных ученых.

Валовое содержание азота в почвах тесно коррелирует с запасом гумуса, т. к. основная его часть входит в состав специфических гумусовых веществ. Преобладающими в органическом веществе почв являются соединения азота гуминов. В составе неспецифических соединений (аминокислоты, аминосахара, битумы и т. д.) находится от 10 до 30 % азота почвы. Наиболее подвижные соединения азота составляют в каштановых почвах и черноземах 4-5 %

Органическое вещество почвы подразделяется на активную и пассивную фазы (Janesson, 1963). Активная фаза включает растительные остатки, отмершую микробную биомассу и их метаболиты, не успевшие еще пройти стадию гумификации. Данные, полученные с использованием 15N (Кудеяров, 1989), свидетельствуют о прямой связи между запасами азота в активной фазе, накоплением минерального азота в почве и его усвоением растениями. Активная фаза азота учитывается при определении потенциально минерализуемых соединений и азотминерализующей способности почв. Эти показатели характеризуют потенциальные запасы усвояемого азота в почве в органической форме.

Содержание потенциально минерализуемых соединений азота в почвах зависит не только от количества гумуса и азота, но и от условий их происхождения и функционирования (степень гумификации органического вещества, различия в биологической активности, биоклиматические условия). Этот показатель еще не характеризует уровень азотного питания растений в почвенных условиях. В агрохимическом смысле наибольший интерес представляет оценка чистой минерализации, поскольку для построения рациональной системы удобрения требуется определение величины доступного для растений азота. Для приближения к этому необходимо знать, с какой скоростью запасы потенциально минерализуе мого органического азота могут минерализоваться в тех или иных условиях. В этом отношении информативен кинетический параметр - константа скорости минерализации органических соединений азота за определенный промежуток времени. Величина константы скорости зависит от состояния и активности микробоцено-за, ферментативного пула почвы, состава и количества подвижного органического вещества. В результате даже почвы с достаточно большим количеством потенциально минерализуемого азота могут иметь низкую скорость их минерализации, а следовательно, низкую обеспеченность доступными формами азота и наоборот. Необходимо знать азотминерализующую способность почвы.

Азотминерализующая способность оподзоленных и южных черноземов - низкая, типичных, карбонатных и обыкновенных черноземов - средняя, темно-серых лесных почв и выщелоченных черноземов - высокая.

Результатом этих показателей является сумма реально минерализуемого азота за вегетационный период. Этот признак отражает конкретный уровень плодородия почв.

Показатели азотного состояния необходимы не только для оценки пищевых различий почв, они должны отражать изменения уровня азотного режима при различных условиях их использования (эрозия, химизация, технологические нарушения, загрязнение отходами промышленности и т. д.). С экологической точки зрения, важное значение имеет оценка миграции азота, отражающая роль почвы как агрогеохимического барьера. Для оценки степени выраженности миграционной способности нитратов В. Н. Башкин (1987) предлагает использование фактора интенсивности относительной скорости миграции нитратного азота по профилю почв и фактора экстенсивности, или глубины промывания нитратов. Физический смысл первого заключается в определении изменения содержания нитратов в почвах в зависимости от глубины профиля. Физический смысл второго - определение глубины по профилю, на которой содержание нитратов в почве будет равно нулю.

Причинно-следственные связи между потоками веществ, а их бесчисленное множество, многообразны, по-разному взаимодействуют или противодействуют между собой и, как правило, разнонаправленны. Например, судить об эффективности осадков, в связи с нитратным режимом почвы, возможно только на основании объективных сведений о глубинной миграции воды и NO3, а также при наличии данных по последействию удобрений в севообороте.

Исходя из этого посыла, существующие представления в условиях Юга России о выщелачивании из типичных, слабовыщело-ченных и каштановых почв различных ионов почвенного раствора сформировались преимущественно на основе лизиметрических исследований (В. В. Агеев, 1982, 1983, 1984, 1987, 1989, 1991; Ю. А. Раков, 1982, 1990, 1992).

Встречаются также сведения о нисходящей миграции нитратов в профиле карбонатного чернозема, полученные в зоне недостаточного увлажнения в Республике Молдавия. В силу высокой нитрифицирующей способности почвы, даже при недостаточном увлажнении обнаруживаются высокие запасы нитратного азота в 300-370 см толще профиля.

А в полузасушливых условиях Канады в черном пару нитраты мигрируют на глубину до 8 м.

В большинстве работ, посвященных обсуждаемой проблеме, сообщается лишь о размерах и глубине проникновения NO3 в почву и, как правило, рассуждения при этом не сопряжены с миграцией воды. До сих не установлено, возможна ли миграция NO3 на глубину до 8 м без миграции воды, если речь идет о полузасушливых условиях. Что касается дальнейшей трансформации мигрировавшего азота в восходящем потоке почвенного раствора, доступности его растениям, можно с небольшой долей риска сказать, что она не изучена.

Следовательно, эти данные лишь свидетельствуют о нисходящей миграции почвенного раствора и содержащихся в нем солей и не дают возможности судить о дальнейшем поведении почвенной влаги и вымывшегося NO3.

Изымается ли он из биологического круговорота? На этот вопрос даст ответ информация, полученная в связи с изучением последействия удобрений в севообороте на основе анализа продуктивности сельскохозяйственных культур.

Таким образом, объективную информацию о миграции в почве и возможных потерях, если таковые есть, обеспечивают систематические наблюдения за нисходящей и восходящей миграцией воды, нитратов и биологической миграцией, выраженной через прибавки урожайности в связи с последействием удобрений в стационарных севооборотах, развернутых в пространстве и времени.

Под влиянием нисходящей и восходящей миграции воды и нитратов возможно глубокопочвенное формирование нитратного максимума в слое 40-150 см. Существенное влияние на распределение продуктивной влаги и нитратов оказывает севооборот и способ использования пашни в нем (с межкультурными периодами или без них, орошаемый или неорошаемый), уровень и сбалансированность азотных удобрений в нем, коэффициенты использования азота из удобрений в продуктивном процессе, способность корневых систем сельскохозяйственных культур усваивать воду и содержащиеся в ней нитраты из глубоких горизонтов почвы.

Учитывая то, что часть данных, полученных в полевых и лабораторных исследованиях, опубликована нами ранее, акцентируем внимание на миграции воды и N-NO3 в 1,5-метровом слое с 1991 года, т. е. последнего года второй ротации 8-польного севооборота, развернутого в пространстве и времени с 1976 года. В. В. Агеев (1984) утверждает, что в условиях Юга России восходященисходящая миграция воды и NO3 наблюдается в межкультурные периоды, когда на полях отсутствует растительный покров (основные, озимые промежуточные, поукосные, пожнивые посевы и их сочетания в севообороте). Этого же мнения, применительно к различным почвенно-климатическим условиям Центральной России, придерживаются М. А. Бобрицкая (1975), А. С. Тулин (1977),

В. И. Никитишин (1999) и др.

По завершении второй ротации севооборота на всех вариантах опыта после уборки озимой пшеницы в первом поле были выполнены полнопрофильные разрезы на варианте с отвальной обработкой почвы. Отобраны почвенные образцы для аналитических исследований. Разрезы подробно описаны нами в соответствующих работах, опубликованных в центральных и региональных издательствах.

Последний год второй ротации севооборота (1990/91) оказался весьма засушливым для Ставропольской возвышенности (табл. 9).

Осадков выпало за холодный период 28,1 %, за теплый - 71,9 %, или только 86,5 % от средней многолетней нормы. Если исключить все виды миграции почвенного раствора с содержащимися в нем нитратами, кроме нисходящей, можно предположить промачивание 1,5-метрового слоя почвы.

Атмосферные осадки, определяющие режим увлажнения почвы и влагообеспеченность растений, мм (по данным метеостанции г. Ставрополя)

Таблица 9

Год

Месяцы

Осадков

IX

X

XI

XII

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

1-Х

XI-III

за год

1990/91

57,3

43,5

37,3

40,2

44,6

9,6

20,0

86,5

68,4

33,0

53,0

45,7

387,4

151,7

539,1

1991/92

64,0

55,0

13,7

0

118

162

81

100,6

74,0

170

90,5

13,0

594,3

475,3

1069

1992/93

114,0

74,0

47,0

0

103

81

43

65,5

75,5

80,7

27,9

109

545

274

819

1993/94

29,7

14,7

9,3

31,3

33,5

14,8

47,0

44,6

70,3

77,8

10,6

47,2

294,9

135,9

430,8

1994/95

37,0

28,0

65,6

26,3

29

18

42,9

106,7

33

75,4

9,7

28,5

318

181

498

1995/96

55,0

121

68

33

20

48,4

15

20

22,1

91

41

31

381

184

565

1996/97

36,2

35,3

12,7

27,2

17,2

25,0

17,8

42,5

28,2

24,6

132,1

42,6

481,4

163,9

645,3

1997/98

40,9

60,1

28,3

19,1

23,9

47,2

64,2

47,5

77,6

56,9

58,9

4,2

292,1

182,7

474,8

Среднее многолетнее

54

43

46

41

32

27

34

53

70

90

80

53

443

180

623,0

Полной противоположностью 1990/91 г. оказался первый год третьей ротации севооборота. Наблюдаемое поле, согласно севообороту, занимал подсолнечник. Следовательно, мы имеем дело с длительным межкультурным периодом между уборкой предшественника и уборкой подсолнечника. В сумме за 1991/92 г. выпало 1069 мм атмосферных осадков, или в 1,72 раза больше по сравнению со средней многолетней нормой. На долю холодного периода пришлось 44,4 %, теплого - 55,6 % атмосферных осадков, что явилось поводом задуматься о миграции воды и растворенных в ней веществ в глубокие горизонты чернозема выщелоченного.

На второй год третьей ротации севооборота первое поле занимал занятой пар (горохоовсяная смесь на зеленый корм), что естественно предопределило продолжительный межкультурный период в виде зяби. В 1992/93 г. выпало 819 мм атмосферных осадков, в том числе 33,5 % -в холодный период и 66,5 % - в теплый, т. е. осадки года превысили среднюю многолетнюю норму в 1,3 раза. При ранней уборке горохоовсяной смеси, обильных осадках предшествующего вегетации холодного периода и не менее обильных после уборки, когда за VI—VIII месяцы 1993 г. выпало 217,6 мм атмосферной влаги, уже не вызывало сомнений - наблюдается миграция воды и растворенных в ней веществ как по вертикали вверх-вниз, так и внутрипочвенный и поверхностный сток, особенно в холодное время года и в теплый отрезок, когда на поле отсутствовала растительность.

С 1993/94 по 1997/98 сельскохозяйственный год включительно изучалось последействие систем удобрений на урожайность культур севооборота, сопровождаемое наблюдениями за миграцией продуктивной влаги и питательных веществ в 1,5 м профиле выщелоченного чернозема.

Последействие систем удобрений по сравнению с контролем, за исключением 1996/97 сельскохозяйственного года, по нашей оценке, совпало с засушливыми годами и неравномерным распределением осадков по основным фазам вегетации растений в севообороте (табл. 9).

Так, в 1993/94 г. сумма осадков от средней многолетней нормы составила 69,1 %, за теплый период - 68,5 %, за холодный - 31,5 % от выпавших, соответственно в последующие годы: 1994/95 г. -78,9; 68,3 и 36,2 %; 1995/96 г. - 90,7; 63,4 и 36,6; 1997/98 г. - 76,2;

61,5 и 38,5. В 1996/97 сельскохозяйственном году атмосферных осадков выпало в пределах средней многолетней нормы (+3,5 %), но на долю теплого периода пришлось на 8,7 % выше средних значений, следовательно, настолько же уменьшилась доля холодного периода. Таковы объективные условия атмосферного увлажнения, сопутствовавшие нашим исследованиям в области изучения теоретических и технологических основ биогеохимических основ потоков веществ в агроландшафтах.

Негативные изменения в содержании органического вещества и его миграция по профилю почвы существенно влияет на потоки воды (табл. 10). Расчеты показывают, что из осадков, выпавших от уборки предшественника до посева кукурузы, поверхностный сток на контроле составил 342,7 мм, а на систематически удобряемом варианте - 379,3 мм. Внутрипочвенная миграция соответственно составила 74,4 и 37,8 мм или 17,8 и 9,1 % от выпавших осадков в летне-осенне-зимне-весенние месяцы. На навозноминеральном фоне выпавшие в межкультурный период осадки (417,1 мм), как сквозь сито проходят 10 см слой и активно мигрируют в глубокие слои почвы по сравнению с контролем (рис. 2). Так, к посеву кукурузы на контроле продуктивной влаги в 0-40 см слое содержалось 17,4 мм, что едва достаточно для получения всходов, а на удобренном варианте в обсуждаемом слое влаги было еще меньше (14,8 мм) с полным отсутствием продуктивной влаги в 10-20 см слое почвы. Как и следовало ожидать, всходы получились растянутыми и изреженными, что вызвало необходимость пересева кукурузы (28.05.96 г.).

Вывод: в течение летне-осенне-зимне-весеннего периода только пашня с проективным покрытием (растения, пожнивные остатки, мульча и т. п.) способствует внутрипочвенному стоку выпадающих осадков без заметных потерь. Потери воды за счет поверхностного стока на открытой зяби достигают 67,4-83,4 % от суммы выпавших осадков.

От посева до пересева кукурузы выпало 28,8 мм атмосферных осадков, что в сочетании с очень низкой относительной влажностью воздуха привело к полной приостановке роста растений и послужило первопричиной пересева. Тем не менее за счет внутри-почвенного перераспределения отмечена миграция продуктивной влаги в 0-60 см слой почвы. На контроле наблюдается очень активная восходящая миграция воды из 60-150 см слоя в верхние горизонты почвы.

Таблица 10

Глубина отбора образцов, см

Уборка озимой пшеницы 14.07.95

Посев кукурузы 29.04.96

9-10 листьев кукурузы 15.07.96

Уборка кукурузы 30.07.96

Посев озимой пшеницы 19.09.96

Весеннее кущение пшеницы 17.04.97

Колошение пшеницы 04.06.97

Уборка озимой пшеницы 17.07.97

Посев гороха 18.04.98

Цветение гороха 10.06.98

Уборка гороха 12.07.98

Контроль без удобрений

0 10

7,5

6,5

30,9

7,7

6,4

5,2

1,5

5,3

15,5

25,7

16,8

10-20

1,1

9,1

6,4

8,2

6,1

16

14,8

5,1

15,4

24,9

17

20-40

6

1,8

23,8

21,6

13

41

6,6

11,1

27,1

26,6

16,5

40-60

7,8

10,4

3,2

19,2

9,4

37,4

33,7

10,4

21,6

27,1

16,9

60-80

4,4

23

17,5

15,1

5,4

41,8

22,1

46,2

16,7

28,9

19

80-100

6,4

51,4

39,2

27

21,1

71,3

38,7

13,2

26,7

34

19,8

100-125

20,4

10,2

23,6

37

27

79

44

18

20,3

35,6

26,6

125-150

10,6

26,2

30,8

35,4

25,4

75,5

45,1

19,5

15

36

22,1

Внесено N 124бР1496^504 + 135 т/га навоза за

18 лет

0—10

отсут.

1,7

отсут.

5,7

4,4

17

5,7

14,8

10

26,3

17,4

10-20

3,4

отсут.

отсут.

6,9

5,4

18

12,7

6,5

11,5

25,7

16,6

20-40

16,4

13,1

отсут.

15,5

6,1

42,1

29,7

10,1

16

25,5

16,1

40-60

10,7

33,2

отсут.

30

20,1

33,3

9,6

7,7

29,2

26,5

16,7

60-80

24,5

30,3

24,6

39,4

29,7

51,3

8,7

1,1

26,4

29,4

18,5

80-100

22,3

32,9

16,8

25,9

10,8

43,7

7,8

4,6

23,4

32

20,2

100-125

15,3

26,8

30

33,1

14,2

45,2

23,5

17,8

13,2

24,7

17,2

125-150

32

19,9

26,5

33

23,5

55

21,2

16

13,5

22,1

21,7

Миграция продуктивной влаги (мм) в профиле выщелоченного чернозема Ставропольской возвышенности (отвальная обработка почвы, поле 1)

пшеницы кукурузы

  • 14.07.95. 29.04.96 15.07.96 30.07.96 19.09.96
  • 0-10
  • 10-20.
  • 20-40
  • 40-60
  • 60-80
  • 80-100
  • 100-125
  • 1.25:150

0 10 20 30 40 50 60 70 80 10 20 30 40 50 10 20 30 40 10 20 30 10 20 30 40 50 10 20 30 40 50

весеннее кущение озимой колошение озимой уборка озимой посев гороха цветение гороха уборка гороха

пшеницы пшеницы пшеницы

17.04.97 04.06.97 17.07.97 18.04.98 10.06.98 12.07.98

Рис. 2. Миграция продуктивной влаги в профиле выщелоченного чернозема (поле 1): _ контроль;Ni246P1496K504 + 135 т/га навоза

Подтверждением восходящей миграции по почвенному профилю может служить то, что при 28,8 мм атмосферных осадков в 1,5 м слое почвы, по сравнению с предыдущим сроком определения, содержание продуктивной влаги увеличилось на 38,8 мм, или 10 мм поступили из более глубоких горизонтов профиля (табл. 10, рис. 2).

Последействие органоминерального фона на обсуждаемый период миграции воды адекватно контролю, только с более выраженным восходящим потоком и иссушением 0-20 см слоя почвы. Миграция воды наблюдается из 40-150 см слоя в верхние горизонты. Следует подчеркнуть, что содержание влаги на 29.05.96 в 1,0 и 1,5 м слое почвы оказалось на обсуждаемых вариантах равным, так как полностью исключен биологический поток воды из-за неспособности растений кукурузы поглощать ее.

Таким образом, на контрольном варианте наблюдается увлажнение верхних слоев почвы, а в варианте с последействием в 0-60 см отмечено полное отсутствие продуктивной влаги, т. е. эвапотран-спирация значительно превышает приход воды с атмосферными осадками. Запасы продуктивной влаги, независимо от варианта опыта, в 60-150 см слое были примерно равные (табл. 10, рис. 2).

Метровый слой почвы подпитывается одновременно за счет атмосферных осадков и восходящего потока воды из первой половины второго метрового слоя почвы с активным участием корневой системы кукурузы, вместе определяющих эвапотранспирацию. Об этом свидетельствует то, что поверхностный сток на контроле был ниже на 36,6 мм, а в 1,5 м слое удобренной почвы продуктивной влаги было на 18,3 мм больше. Особо следует отметить восходящую миграцию в 0—40 см слое почвы в период открытой зяби на варианте с длительным и систематическим применением удобрений.

От пересева до 8-10 листьев у кукурузы выпало 91,7 мм атмосферных осадков, что следующим образом сказалось на содержании продуктивной влаги в почве: на контроле в 1 м слое почвы уменьшилось на 21,8 мм; за счет нисходящей миграции в 100— 150 см слой мигрировало 40,7 мм воды. В целом, эвапотранспи-рация на контроле составила 113,5 мм при активном восходящем токе воды, что не уравновешивается приходом влаги с осадками.

Последействие системы удобрения способствовало активной миграции воды в двух направлениях: из 80-100 мм слоя вверх и вниз. В слое 0-60 см в фазу уборки отсутствует продуктивная влага (табл. 10, рис. 2). Если на контроле, не считая атмосферных осадков, из 1 м слоя неудобряемой пашни расход воды составил

21,8 мм, то с органоминерального фона (последействие) в 5,74 раза больше, что соответственно сказалось на миграции NO3 и уровне урожая зеленой массы кукурузы. На этом варианте эвапотранспи-рация достигла 216,9 мм, или оказалась в 1,91 раза выше по сравнению с контролем.

Несмотря на отмеченные коллизии, к уборке кукурузы запасы продуктивной влаги в 0-150 см профиле выщелоченного чернозема, независимо от предшествующей удобренности поля, оказались практически равными (171-189 мм). В 0-100 см слое почвы концентрируется 58-65 % влаги от содержания ее в 1,5 м профиле почвы. Причем на варианте с последействием системы удобрений максимум продуктивной влаги, в отличие от контроля, приходится на 40-100 см слой почвы. В 100-150 см слое сложилась несущественная (6,3 мм) разница в пользу контрольного варианта (табл. 10, рис. 2).

От уборки кукурузы до посева озимой пшеницы наблюдаются значительные потери влаги за счет физического испарения: на контрольном варианте из 1,5 м профиля почвы испарилось 57,4 мм и 75,2 мм на варианте по изучению последействия систем удобрения. Нисходящей миграции не зафиксировано. Поверхностный сток составил 57,7 мм влаги.

Таким образом, между уборкой предшественника и посевом озимой пшеницы, за счет физической миграции (испарение) и отчасти поверхностного стока, с необработанной пашни потеряно 115-132,9 мм из осадков и запасов продуктивной почвенной влаги. Следовательно, оставлять поле летом без растительного покрова, с целью накопления влаги, противоестественно, а сохранившиеся в посевном слое запасы продуктивной влаги не в состоянии обеспечить даже удовлетворительные всходы озимой пшеницы.

В осенне-зимний период вегетации озимой пшеницы выпало 180,3 мм атмосферных осадков, что обеспечило значительную нисходящую миграцию, охватившую всю толщу 1,5 м слоя почвы. Содержание продуктивной влаги в 0-100 см слое почвы, за счет нисходящей миграции, увеличилось в 1,7-2,2 раза. Из них 62,2-77,1 мм сконцентрировалось в слое 0-40 см, то есть в зоне основной массы корней озимой пшеницы (табл. 10, рис. 2).

В межфазный период выход в трубку-колошение последействие системы удобрения способствовало более значительной биологической миграции воды в связи с формированием большего уро жая по сравнению с контролем. При равном количестве выпавших осадков, эвапотранспирация на варианте с последействием системы удобрений была в 3,1 раза выше по сравнению с естественным агрохимическим фоном, несмотря на то, что поверхностный сток на удобренном фоне был в 2,6 раза больше.

В дальнейшем, вплоть до уборки озимой пшеницы, отмечается снижение содержания продуктивной влаги, наблюдается значительная восходящая миграция из нижних слоев почвы. Так, в межфазный период колошение-уборка содержание продуктивной влаги уменьшилось на контроле в слое 0-40 см на 6,2 %, 40-100 см - на 26,1 %; под влиянием последействия системы удобрений соответственно на 34,7 % и 49,8 %. Это связано с биологической миграцией, влияющей на формирование урожая. В целом, в слое 0—150 см к уборке урожая содержание продуктивной влаги под влиянием последействия системы удобрений уменьшилось на 34 %, а по сравнению с контролем - на 39 %.

Таким образом, системы удобрения, изменив свойства почвы в желательном направлении, способствуют более продуктивному расходу влаги в последействии на формирование урожая. В результате в 0-100 слое почвы на контроле оказалось 46,5 мм, а в

1,5 м толще выщелоченного чернозема - 50,2 мм «невостребованной» продуктивной влаги, достаточной для получения урожая зерна озимой пшеницы порядка 5-6 ц/га.

В период от уборки озимой пшеницы до посева гороха выпали обильные атмосферные осадки - 451,6 мм воды в виде дождя, снега, снега с дождем. Распределение их выглядит следующим образом: нисходящая миграция на контроле составила 29,5 мм; поверхностный сток талых, дождевых вод, сноса снега ветром и других неучтенных явлений составил 422,1 мм. Последействие системы удобрений в 2,2 раза усилило нисходящий ток воды по профилю выщелоченного чернозема, а поверхностный сток снизился до 387,0 мм продуктивной влаги.

Следовательно, улучшение водно-физических свойств выщелоченного чернозема применением систем удобрений, рациональных способов основной обработки почвы недостаточно для аккумуляции выпадающих осадков в межкультурные периоды (зябь и др.).

Накопленной влаги в активном слое почвы, независимо от вариантов опыта, оказалось достаточно для недружных и растянутых всходов гороха (табл. 10, рис. 2). Выпавшие осадки в межфаз ный период по сев-всходы (47,8 мм) не аккумулировались почвой и подверглись поверхностному стоку. Этому способствовали характер осадков (кратковременные ливни), уплотненная после посева гороха почва (уплотнение предусмотрено технологией), независимо от удобренности почвы в севообороте. Мало того, за 17 дней межфазного периода в порядке физического испарения и набухания семян на контроле из метрового слоя почвы, независимо от вариантов опыта, израсходовано 36,8 мм.

Таким образом, в межфазный период уборка озимой пшеницы -всходы гороха потери продуктивной влаги, соответственно вариантам опыта, суммарно достигли 481,1-434,8 мм. Можно ли после этого говорить о засушливости климата? Мы же утверждаем, что названных объемов влаги достаточно для формирования высоких урожаев любой сельскохозяйственной культуры.

Выпавшие осадки в период от всходов гороха до стеблевания (57,6 мм) спровоцировали минимальную восходящую миграцию воды из почвы, независимо от варианта опыта: на контроле эвапо-транспирация составила 7,6 мм, на длительно и систематически удобрявшемся фоне - в 2,3 раза больше, что свидетельствует об активной биологической миграции под влиянием последействия системы удобрений.

В критический период потребления влаги и максимального накопления зеленой массы от стеблевания до цветения в агрофитоценозе гороха выпало 117 мм атмосферных осадков. В силу мощного растительного покрова, за исключением 24,2-21,2 мм условно отнесенных нами к поверхностному стоку воды и затрат на эвапо-транспирацию, запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы увеличились на 93,5-96,4 мм. В фазу цветения отмечалось наличие свободной воды.

Межфазный период цветение - образование бобов сопровождался резкой засухой и высокими температурами воздуха. Выпало 8 мм атмосферных осадков, которые естественно не достигли почвы. Наблюдается односторонняя восходящая миграция воды из почвы на физическую и биологическую миграцию. Расход воды на контроле был ниже на 15 % по сравнению с последействием системы удобрения, что способствовало формированию высокого урожая.

Высокое содержание влаги в 1,0 м профиле почвы, особенно в зоне основного распространения корневой системы (табл. 10, рис. 2), вследствие гипоксии корней и снижения фотосинтетической актив ности, отрицательно сказалось на дальнейшем росте и развитии гороха. Наблюдается односторонне выраженная нисходящая миграция воды независимо от агрохимического фона (96,4-93,5 мм).

От образования бобов до уборки гороха выпало 69,5 мм, не сказавшихся на нисходящей миграции воды. Наблюдалась восходящая миграция. В конце вегетации по содержанию продуктивной влаги варианты опыта не отличались друг от друга. Вместе с осадками за обсуждаемый период эвапотранспирация составила 133,1—

157,8 мм.

Таким образом, выпавших осадков за период вегетации гороха оказалось достаточно для расхода на эвапотранспирацию, а запасы продуктивной влаги не изменились по сравнению с исходными (посев гороха).

В весенне-летне-осенний период, несмотря на большую долю осадков, приходящихся на этот сезон, нисходящий поток продуктивной влаги выражен слабо и отмечается в метровой толще почвенного профиля. Эвапотранспирация предопределяется вегетирующими растениями, продолжительностью вегетации и межкультурных периодов в севообороте и в условиях естественного увлажнения регулируются не столько суммарным выпадением осадков, сколько совпадениями с основными фазами роста и развития сельскохозяйственных культур. Эвапотранспирация из 1 м слоя почвы не восполняется суммой осадков, а в 1,5 м слое компенсируется атмосферными осадками на всех вариантах опыта.

Как показали наши наблюдения, миграции воды и N-NO3 в почвенном профиле сопряжены и тесно взаимосвязаны. Наибольших значений нисходящая миграция достигает при длительном и систематическом применении азотных удобрений в системе удобрений (табл. 11, рис. 3).

По завершении второй ротации севооборота, после уборки озимой пшеницы, N -NO3 в почвенном профиле распределился следующим образом: на контроле в пахотном слое обнаружилось 13,6 %; в 20-100 см - 58,8 %; в 100-150 см - 27,9 % от содержащегося в 1,5 м слое почвы; на варианте N1246? 1496^504 +135 т/га навоза соответственно: 14.7; 50.7 и 34,7 или в абсолютных показателях на удобренном фоне N-NO3 в метровом слое осталось в 1,4 раза; в 1,5 м - в 1,6 раза больше по сравнению с контролем. Заметна равномерная концентрация N-NO3 по горизонтам 1,5 м профиля выщелоченного чернозема.

Таблица 11

Миграция N-NO3 в профиле выщелоченного чернозема Ставропольской возвышенности (отвальная обработка почвы, поле 1), кг/га

Глубина отбора образцов, см

Уборка озимой пшеницы 14.07.95

Последействие

посев кукурузы 29.04.96

9-10 листьев кукурузы 15.07.96

уборка кукурузы 30.07.96

посев озимой

пшеницы

19.09.96

весеннее кущение пшеницы 17.04.97

колошение пшеницы 04.06.97

уборка озимой

пшеницы 17.07.97

посев гороха 18.04.98

цветение гороха 10.06.98

уборка гороха 12.07.98

Контроль без удобрений

0-10

9,6

1,5

3,2

6,5

2,5

4,2

3,2

2,1

4,3

5,8

5

10-20

3,3

0,7

1,8

9,8

2,7

3,3

3,3

3,3

4,0

4,8

5

20-40

7,6

1,5

3,0

11,8

1.3

15,1

8,8

7,1

12,9

12,1

8,1

40-60

20,6

1,8

4,9

10,9

1,5

13,0

9,1

2,9

7,8

15,3

3,4

60-80

13,5

3,0

13,8

4,9

1,7

16,2

8,1

3,0

11,9

7,8

3,5

80-100

14

3.0

4,7

6,0

1,3

11,0

8,2

2,7

6,9

6,0

11,2

100-125

12,4

3,6

18,1

8,5

1,6

12,4

9,2

21,3

22,4

14,9

14,9

125-150

14,2

7,4

20,6

13,2

1,6

11,8

9,2

22,8

19,1

17,3

26,1

Внесено N1246P]496^504+ 135 т/га навоза за 18 лет

0-10

13,1

0,6

7,3

8,1

3,0

4,7

10,0

2,7

7,5

5,6

8

10-20

8,8

0,7

9.6

5,1

7,2

6,4

4,2

3,6

9,2

5,4

7,8

20-40

15,1

1,5

10,3

12,3

5,1

12,1

15,1

7,1

19,7

10,3

16,6

40-60

19,0

2,9

3,4

7,8

5,0

10,4

13,0

13,1

13,3

20,5

15,6

60-80

21,6

12,4

8,4

8,1

2,4

21,6

10,8

13,0

10,3

13,2

25,1

80-100

19,2

11,8

6,3

10,3

1,7

21,9

12,3

17,0

11,2

14,0

22,2

100-125

23,1

20,6

6,8

17,0

3,5

14,2

6,4

23,4

18,5

43,0

35,5

125-150

28,3

16,2

18,0

16,9

2,5

11,2

3,7

21,1

14,7

35,6

29

уборка озимой пшеницы уборка озимой пшеницы посев кукурузы уборка кукурузы посев озимой пшеницы

24.07.91 14.07.95 29.04.96 30.07.96 19.09.96

озимой пшеницы оз.пшеницы пшеницы

  • 17.04.97 04.06.97 17.07.97
  • 18.04.98
  • 10.06.98
  • 12.07.98

Рис. 3. Миграция N-NO3 (кг/га) в 1,5 м профиле выщелоченного чернозема (поле 1): __________контроль;Ni246P14<)6K504 + 135 т/га навоза

После 18-летнего внесения азотных удобрений, предусмотренных системами удобрений в севообороте, в последующие 5 лет изучали последействие их в связи с миграцией воды и N-NO3 в 1,5 м профиле выщелоченного чернозема.

Учитывая позиционную недоступность N-NO3, мигрировавшего в предшествующий период в 20-150 см слой, для ярового ячменя (1993/94), корневая система которого сосредоточена в 0-60 см слое почвы, можно предположить, что последействие азотных удобрений обеспечивалось, прежде всего, остаточными запасами нитратного азота, деминерализацией азота, закрепившегося в составе органических соединений почвы, микробной плазме и пожнивно-корневых остатках. Об этом свидетельствуют характер распределения N-NO3 в профиле почвы под культурами севооборота (табл. 11, рис. 3). Так, перед уборкой озимой пшеницы, при односторонней восходящей миграции N-NO3, в 0-10 см слое почвы на контроле содержание его снизилось на 57,1 кг/га, а в 1,5 м слое - на

72,7 кг/га, что вполне вписывается в объемы биологической миграции на формирование урожая ярового ячменя и озимой пшеницы.

Таким образом, в метровом профиле почвы от исходного содержания азота на контроле сохранилось 16,8 %, в 1,5 метровом -23,6 %. Кривая миграции N-NO3 по профилю почвы из выгнутой с 10-20 до 100-125 см слоя преобразуется в почти прямую с некоторым отклонением в слое 125-150 см (рис. 3).

При более высоких абсолютных показателях под влиянием последействия системы удобрений картина миграции нитратного азота оказывается аналогичной контролю. Однако за счет последействия системы удобрений N-NO3 в метровом слое сохранилось в 2,6, в 1,5 м - почти в три раза больше по сравнению с контролем. Кривые миграции в слое 0-60 см, независимо от варианта опыта, параллельны, глубже она приобретает выгнутый вид с максимумом сосредоточения в слое 60—150 см (табл. 11, рис. 3).

В межкультурный период уборка озимой пшеницы - посев кукурузы, в силу отмеченных явлений, N-NO3 на контроле концентрируется в 1 м слое почвы, а в 1,5 м его оказывается соответственно в 2,7-3,2 раза больше по сравнению с контролем. При этом нитраты мигрируют в 100-125 см слой почвы, где и формируется максимум их содержания - 55,2 % от наличия в 1,5 м слое. Кривая миграции свидетельствует о двух максимумах сосредоточения N-NO3: 40-80 и 100-150 см (табл. 11, рис. 3).

Под влиянием системы удобрения в метровом слое почвы, по сравнению с контролем, накапливается нитратного азота в 1,5 раза больше за счет восходящей миграции из 100-150 см (-36 %). Следовательно, наблюдается восходящая миграция нитратов из глубоких горизонтов почвы в верхний метровый слой. Поэтому изменяется число и расположение максимумов сосредоточения их: 0^10; 60-80 и 125-150 см.

В силу сложившихся погодных и технологический условий к уборке кукурузы, вопреки традиционным представлениям, на контроле наблюдается восходящая миграция из всего 1,5 м профиля почвы при неизменном содержании N-NO3 от посева до уборки. В результате в метровом слое почвы содержание увеличилось на 18,5 кг/га за счет почти равного уменьшения в 100-150 см слое (17,0 кг/га). Следует особо подчеркнуть биологическую миграцию, связанную с глубоко проникающей корневой системой кукурузы.

Под влиянием последействия системы удобрения содержание нитратного азота, по сравнению с предыдущим сроком определения и контролем в метровом слое почвы, увеличилось соответственно: на 14,4 и 3,6 %; в 1,5 м - на 22,1 и 19,5 %. На кривой миграции в уборку кукурузы отмечается два максимума сосредоточения N-NO3: 20-60 и 100-150 см.

От уборки кукурузы до посева озимой пшеницы наблюдается активная миграция воды и содержащегося в ней нитрата, независимо от варианта опыта, из 1,5 м слоя почвы. С парами воды из метрового слоя почвы улетучилось 38,9, а из 100-150 см -

18,5 кг/га. Впервые на это явление в середине 60-х годов XX века обратил внимание профессор Г. Е. Немерюк. Нитратный азот равномерно, почти по прямой разместился в 1,5 м профиле выщелоченного чернозема (табл. 11, рис. 3). Кривая на варианте с последействием системы почти адекватна изображенному на контроле, но указывает на вдвое большее содержание нитратного азота в 1,5 м слое почвы по сравнению с контролем.

В течение осенне-зимне-ранневесеннего периода, независимо от вариантов опыта, наблюдается миграция и деминерализация органического вещества в 1,5 м слое почвы. В результате к весеннему кущению озимой пшеницы, по сравнению с предыдущим сроком наблюдения, содержание N-NO3 увеличилось: на контроле в 1 м слое почвы в 5,7 раза, а 100-150 см - в 7,6 раза; соответственно под влиянием последействия - в 3,2 и в 4,2 раза. Следователь но, под покровом озимой пшеницы на варианте с последействием, при менее активной миграции, по сравнению с контролем, в 1,5 м слое почвы N-NOJ содержится на 17,8 % больше благодаря мощному биологическому экрану, препятствующему выщелачиванию нитратов. Максимум сосредоточения нитратов на контроле ограничивается 40—100 см слоем почвы, под влиянием последействия в 80-125 см слое.

В межфазный период весеннее кущение-колошение, естественно при активном участии растений, наблюдается односторонняя восходящая миграция N-NO3 из глубоких слоев почвы в верхние горизонты (табл. 11, рис. 3). На контроле кривая миграции по всему профилю почвы, за исключением слоя 0-40 см, приближается к прямой и указывает на почти равное содержание N-NO3 по профилю. Под влиянием последействия в метровом слое почвы N-NO3 содержится на 60,7 % меньше по сравнению с контролем, и обратная зависимость наблюдается в слое 100-150 см. Таким образом, можно говорить о действии двух механизмов миграции - физическом и биологическом.

От колошения до уборки озимой пшеницы биологическое поглощение из почвы сокращается, изменяются миграционные потоки вещества (табл. 11, рис. 3). В слое 0-40 см, независимо от варианта опыта, содержится практически равное количество N-NO3. На контроле в горизонте 40-100 см содержание N-NO3 приближается к нулю, а максимум сосредоточения оказывается в горизонте 100-150 см, что свидетельствует об одновременной восходящей и нисходящей миграции с участием корневой системы озимой пшеницы. Под влиянием последействия систем удобрений наблюдается нисходящая миграция N-NO3.

Длительный межкультурный период уборка озимой пшеницы - посев гороха способствует однозначно нисходящей миграции N-NO3 на контроле в метровом слое и не оказывает влияния на 100-150 см слой почвы, что приводит к увеличению концентрации по сравнению с исходным содержанием и размещению по профилю более, чем в 2 раза (табл. 11, рис. 3).

Аналогично протекает миграция нитратного азота под влиянием по-следействия системы удобрений, только в значительно больших объемах по сравнению с контролем и выраженным восходящим потоком из 100-150 см горизонта почвы в верхние слои (0-40 см). Кривые миграции N-NO3 по вариантам опыта почти совмещаются, и заметны три зоны концентрации азота: 20-60, 80-100 и 125-150 см на контроле и два максимума в связи с последействием системы удобрения.

Под воздействием растений гороха и физических факторов на контроле отмечается однозначно выраженная восходящая миграция в 1,5 м слое почвы и наблюдается увеличение содержания азота в метровом слое по сравнению с предыдущим сроком определения на 8,3 %.

Последействия системы удобрений на процессы миграции N-NO3 неоднозначны и разнонаправленны: в 1 м слоя почвы от посева до цветения гороха наблюдается биологическая миграция, приводящая к снижению содержания нитратов по сравнению с предыдущим сроком определения и сопровождающаяся активным перемещением их в 100-150 см слой почвы (табл. 11, рис. 3). Кривая миграции свидетельствует о двунаправленных, независимо от вариантов опыта, процессах: восходящем в слое 0-80 см и нисходящем в 100-150 см профиле выщелоченного чернозема.

От цветения до уборки гороха наблюдается биологическая миграция метрового слоя почвы и незначительная на контроле нисходящая миграция в 100-150 см слой почвы. Под влиянием последействия системы удобрения физическая восходящая миграция в 1 м слое почвы превышает биологическую, поэтому происходит увеличение содержания N-NO3 на 38,1 % по сравнению с предыдущим определением, а по сравнению с контролем его содержится в 2,63 раза больше (табл. 11, рис. 3).

Урожайность сельскохозяйственных культур в севообороте, качество продукции, прибавка адекватно отражают миграционные процессы веществ почвы (табл. 12).

Как видно из данных, приведенных в таблице 12, яровой ячмень в первый год последействия, в зависимости от предшественников, увеличил урожайность зерна на 5,2-7,8 ц/га. Особенно высокие прибавки получены (7,0-7,8 ц/га) по таким предшественникам, как повторная озимая пшеница, кукуруза на силос, горох, озимая пшеница, размещаемая в севообороте после гороха, подсолнечник.

Всплеск эффективности последействия систем удобрений наблюдался в 1995 и 1997 годах, когда прибавки составили (ц/га): зеленой массы горохоовсяной смеси - 52-44; озимой пшеницы, в зависимости от предшественников, - 6,0; 4,1-7,2; 3,2-3,7; гороха - 6,5—4,2; семян озимого рапса - 3,2-6,0; зеленой массы кукурузы - 44-42.

Таблица 12

Последействие систем удобрений на урожайность (ц/га) культур в севообороте (отвальный способ обработки почвы на глубину 20-22 см)

Чередование культур в севообороте

Внесено за 18 лет

0

N1246^ 1496^504 + + 135 т/га навоза

Горох + овес

1994 г. яровой ячмень

22,7

28,5

1995-1998 гг.

196

237

Озимая пшеница

1994 г. яровой ячмень

23,0

28,8

1995-1998 гг.

27,8

33,0

Озимый ячмень

1994 г. яровой ячмень

17,4

24,4

1995-1998 гг.

26.7

31,0

Кукуруза на силос

1994 г. яровой ячмень

22,1

29,5

1995-1998 гг.

266

306

Озимая пшеница

1994 г. яровой ячмень

22,2

27,2

1995-1998 гг.

25,1

30,6

Горох

1994 г. яровой ячмень

25,7

32,8

1995-1998 гг.

19,9

24,3

Озимая пшеница

1994 г. яровой ячмень

21,9

29,0

1995-1998 гг.

27,9

32,2

Озимый рапс

1994 г. яровой ячмень по подсолнечнику

17,7

25,5

1995-1998 гг.

16,9

23,2

Примечание: в 1994 г. яровой ячмень выращивался по всем вариантам опыта в качестве уравнительной культуры

В засушливые годы или с неудачным распределением атмосферных осадков по основным фазам развития сельскохозяйственных культур прибавки снизились (а некоторые и повысились) соответственно (ц/га): 32; 5,4-5,3; 3,6-3,2; 5,8^1,4; 3,6-3,2; 9,5; 30-34.

Таким образом, урожайность сельскохозяйственных культур зависит от миграции воды и содержащихся в ней ионов, способности корневых систем сельскохозяйственных культур в севообороте извлекать элементы питания из различных слоев почвенного профиля и, главным образом, из зон максимального сосредоточения того или другого питательного вещества.

Прибавки урожайности от последействия N-NO3 в системе удобрения в севообороте можно объяснить также использованием растениями мигрировавшего из зоны недосягаемости корневой системы, в силу восходящей миграции почвенного раствора и содержащихся в нем элементов питания. Последействие систем удобрений с обсуждаемой насыщенностью удобрениями может быть эффективным, как минимум, на ротацию 8-10-польного зернопропашного севооборота.

Исходя из изложенного, можно с полной уверенностью ставить вопрос об уточнении коэффициентов использования питательных веществ из почвы и удобрений. Как было указано ранее, новые коэффициенты будут принципиально отличаться от принятых ныне в агрохимической науке и практике, а это повлечет за собой непременное уточнение норм удобрений под сельскохозяйственные культуры в севооборотах Юга России.

Еще одним показателем азотного состояния почв является количество усвояемого растениями азота в виде актуальных запасов. В состав актуальных запасов усвояемого азота обычно включают нитраты и обменно-поглощенный аммоний, присутствующие в почве на момент отбора проб и анализа. В почвах сельскохозяйственных ландшафтов содержание минерального азота даже, в пределах одного подтипа, под действием различных факторов может изменяться от очень низкого до очень высокого уровня.

Другим, не менее важным показателем азотного состояния почв является активность почвенных ферментов, участвующих в азотном обмене, в частности протеазы и уреазы. Высокой протеазной активностью отличаются выщелоченные черноземы, средне-оподзоленные, типичные и карбонатные черноземы, низкой активностью характеризуются серые лесные почвы, обыкновенные и южные черноземы. Почвы Юга России характеризуются средней и высокой активностью уреазы.

Большую актуальность приобретает в последнее время поступление азота в почву за счет несимбиотической азотфиксации. Изучение уровня потенциальной азотфиксации может быть основой для прогнозирования уровня продуктивности сельскохозяйственных угодий и критерием оценки биологической активности почв. Минимальной азотфиксирующей активностью отличаются светлосерые лесные почвы (18-19 кг/га). Среднюю активность азотфик-сации имеют серые, темно-серые лесные почвы, оподзоленные и южные черноземы (26-39 кг/га). Высокая азотфиксирующая активность - у типичных, карбонатных и обыкновенных черноземов, а очень высокая - у выщелоченных черноземов (42-63 кг/га).

Эти показатели могут быть использованы для оценки азотного состояния почв различных агроценозов, их изменения под влиянием различных факторов (удобрения, окультуривание и т. п.), а также для оптимизации азотного режима и мониторинга.

Несмотря на утверждение, что аммонийный азот хорошо удерживается ППК и практически не вымывается из почвы, отмечается активная миграция его до глубины 1,5 м вниз и вверх по профилю почвы. Аммонифицирующая способность черноземов обычно не превышает 5,1-12,1 %. Усвоение нитратного азота у пшеницы заканчивается к фазе выхода в трубку, а аммиачного - продолжается почти до уборки урожая вследствие медленного освобождения фиксированного аммония. Однако по доле участия в формировании урожая аммонийный азот часто уступает нитратному.

Исследованиями ряда ученых Северо-Кавказского региона показано, что в выщелоченном черноземе Западного Предкавказья водорастворимого аммония накапливается очень мало, часто он обнаруживается в виде следов. Это обусловлено его быстрой нитрификацией и поглощением растениями. В обыкновенном черноземе его 9,9-10,2 мг/100 г или около 5 % от общего азота. Ранней весной и поздней осенью в пахотном и подпахотном слоях парового поля выщелоченного чернозема содержится 1,5-2,0 мг/100 г поглощенного аммония, содержание которого к осени снижается. Большая часть аммония, внесенного с удобрениями весной или осенью, нитрифицируется в течение 15-20 дней, причем в обыкновенном черноземе значительно быстрее, чем в выщелоченном.

Фиксированный аммоний медленно освобождается. В течение вегетации содержание его в почве уменьшается с 34,6 до 3,2 %. Практически растения в равной степени используют обменный и фиксированный аммоний, т. е. фиксация азота способствует временному сохранению в почве внесенного азота удобрений, так как фиксированный аммоний остается доступным для растений.

Часть аммонийного азота связывается в необменной форме органическим веществом почвы. Аммиак связывается гуминовыми кислотами и производными лигнина в форму, устойчивую к микробиологическому разложению и кислотному гидролизу. Размеры такого связывания зависят от содержания гумуса в почве и азота в аммонийной форме. При внесении аммонийных удобрений в средних дозах оно невелико и не оказывает существенного влияния на доступность растениям азота.

Содержание в почве аммония и, особенно, нитратов изменяется за короткий период времени в значительных размерах, что затрудняет получение объективных данных по обеспеченности почвы и растений азотом. В настоящее время для многих регионов страны разработаны методы почвенной диагностики обеспеченности почвы азотом.

Совместными исследованиями СКНИПТИАП и КНИИСХ установлено, что ранней весной на типичных и выщелоченных черноземах при содержании в слое 0-90 см 150 и более кг азота отпадает необходимость весенней подкормки посевов азотом. Имеющийся в почве нитратный азот, при наличии фосфора и калия, обеспечивает получение урожая в 5,8-7,8 т/га зерна озимой пшеницы. Это положение справедливо для озимой пшеницы на выщелоченных и типичных черноземах. На обыкновенных черноземах с большей нитрификационной способностью и меньшим увлажнением оно требует уточнения.

3.3. Фосфатный режим почв

В разных почвах содержится неодинаковое количество фосфора - от 0,01 % Р2О5 в бедных песчаных до 0,20 % в мощных высокогумусных почвах. Современные представления о фосфатном режиме почв основаны на том, что растения поглощают фосфор в основном в форме ортофосфатов (Н2РО4, НРО4, РОд-), содержащихся непосредственно в почвенном растворе. Переход фосфора в почвенный раствор из твердой фазы почвы характеризует ее буферную способность по отношению к этому элементу. Этот процесс динамичный и обусловлен целым рядом внешних и внутренних факторов к которым относятся: запас всех форм природных фосфатов, в соединениях разной степени прочности; остаточное количество фосфора от ранее внесенных удобрений; емкость поглощения почв в отношении фосфат-ионов; условия, влияющие на процессы трансформации фосфатов (температура, влажность, реакция среды, катионный состав ППК и т. д.); деятельность корневых систем растений и другие факторы.

В длительных опытах в орошаемых севооборотах на пред-кавказском карбонатном тяжелосуглинистом черноземе и темнокаштановой тяжелосуглинистой почве Е. А. Зверевой была установлена (по методу Мачигина) зависимость урожая возделываемых культур от содержания подвижного фосфора в почве. В условиях достаточной обеспеченности азотом, калием и влагой зависимость была четкой и имела характер затухающих кривых. Установленное совпадение параметров оптимальной обеспеченности фосфором для равного урожая конкретной культуры в разные годы свидетельствует о равнозначности для растений одного и того же количества свежевнесенного и остаточного фосфора удобрений, извлекаемого 1 %-ным раствором углекислого аммония.

Обыкновенные черноземы Ставрополья имеют сравнительно высокую обеспеченность валовыми формами фосфора (0,11-0,16 % в пахотном слое и 0,10-0,13 % в подпахотном). Однако из-за высокой карбонатности этих почв основная часть фосфорных соединений находится в труднодоступных для растений формах. Поэтому в зоне распространения обыкновенных черноземов (основной зернопроизводящей части края) мало почв с высоким содержанием подвижного фосфора, и около 15 % пашни обыкновенных черноземов можно отнести к среднеобеспеченным. Обыкновенные сверхмощные, мощные и среднемощные черноземы содержат соответственно 18,2; 15,9 и 15,5 мг/кг почвы подвижного фосфора в пахотном слое (табл. 13).

Слитые темноцветные почвы содержат 0,12-0,15 % валового фосфора, 19,1 мг/кг подвижного, что несколько выше, чем в обыкновенных черноземах, что в свою очередь объясняется несколько повышенной подвижностью перегноя, находящегося в почве, насыщенностью почвенного поглощающего комплекса натрием и более интенсивной минерализацией органического вещества. Однако большая часть фосфора труднодоступна для растений, т. к. связана с кальцием, железом и алюминием.

Из всех подтипов черноземов южные наиболее бедны подвижным фосфором - 15,4 мг/кг, но содержат 0,13-0,25 % валового фосфора.

Таблица 13

Динамика содержания подвижного фосфора по турам агрохимического обследования почв Ставропольского края (мг/кг почвы)

Районы

Тур обследования*

I

II

III

IV

V

VI

I зона

Апанасенковский

20

21

26

27

29

22

Арзгирский

17

17

17

21

26

23

Левокумский

20

19

19

24

28

Нефтекумский

22

22

28

32

35

Туркменский

15

17

15

20

20

17

II зона

Александровский

15

18

19

24

26

25

Благодарненский

13

13

15

24

25

Буденновский

12

16

17

18

24

26

Ипатовский

15

18

19

22

24

21

Курский

15

17

17

20

23

Новоселицкий

13

14

15

15

25

23

Петровский

11

14

18

24

27

22

Советский

10

17

16

20

22

Степновский

15

17

17

21

26

III зона

Изобильненский

15

18

21

17

22

18

Грачевский

16

14

15

19

22

22

Кочубеевский

11

13

15

18

24

20

Красногвардейский

16

21

19

24

25

20

Андроповский

13

15

14

17

20

15

Новоалександровский

15

17

19

25

29

20

Труновский

10

14

17

18

25

Шпаковский

13

18

21

25

30

14

IV зона

Георгиевский

15

16

17

18

26

Минераловодский

18

17

20

24

31

26

Кировский

15

17

16

23

34

Предгорный

15

24

24

27

33

27

Среднее по краю

15

17

19

22

26

21

Примечание: *Годы проведения туров обследования: I - 1964-1968; II - 1968-1976;

III - 1976-1983; IV - 1983-1988; V - 1988-1993; VI - 1993-1996

Темно-каштановые почвы также относительно богаты валовым фосфором - 0,12-0,21 %. Причем более 50 % его находится в органических соединениях. Минеральные соединения большей частью являются солями кальция. Фосфор темно-каштановых почв труднодоступен для растений.

Каштановые почвы содержат 0,10-0,20 % валового фосфора и

18,7 мг/кг подвижного. По этому показателю они близки к темнокаштановым почвам.

Светло-каштановые почвы содержат 0,10-0,13 % валового и

20.9 мг/кг подвижного фосфора. Но, вследствие чрезвычайной сухости климата, большая часть его малодоступна для растений (табл. 13). Приведенные выше данные свидетельствуют о том, что на всех перечисленных основных типах и подтипах почв эффективно применение фосфорных удобрений, особенно суперфосфатов.

Результаты четырех туров обследования почв Ставропольского края позволяют рассмотреть динамику изменения обеспеченности почв подвижными фосфатами (табл. 13).

Между I и III турами агрохимического обследования среднее содержание подвижного фосфора увеличилось на 3,9 мг/кг почвы.

Количество почв с низким содержанием сократилось с

2.9 млн га до 2,1 млн га, или на 23,6 %. Одновременно площадь среднеобеспеченной фосфором пашни увеличилась с 1,3 млн га до 1,6 млн га, а с повышенной и высокой - с 330 тыс. га до 434 тыс. га (табл. 14).

Таблица 14

Распределение пашни по обеспеченности почв подвижным фосфором, в % к площади пашни

Степень обеспеченности почвы

Содержание, мг/кг почвы

Тур обследования

I

II

III

IV

V

Низкая

ДО 15

63,6

54,9

51,0

36,4

22,0

Средняя

16-30

35,5

40.1

38,5

43,6

55,8

Высокая

более 30

0,9

5,0

10,5

20,0

22,2

Примечание: годы проведения туров обследования показаны под таблицей 13.

Удельный вес почв с низкой обеспеченностью фосфором составил 51%, средней - 38,5 % и высокой - 10,5 % ко всей обследованной пашне.

Однако по зонам края содержание подвижного фосфора в почвах повышалось не в одинаковой степени.

В первой зоне активно возрастало количество высокопродуктивных почв. Если в I туре обследования их площадь составляла 4,2 тыс. га (0,5 %), то в III туре - 125,2 тыс. га, или 14,5 %. Количество почв с низким и средним содержанием фосфора уменьшилось с 41 до 39 % и с 59 до 47 %.

Аналогично проходила трансформация низко- и среднеобеспеченных почв в категорию высокообеспеченных плодородных и в четвертой зоне, где количество последних составило 11 % к обследованной пашне. Во второй и третьей зонах площадь почв с высоким содержанием фосфора возросла до 7,4 и 8,2 % против 0,3 и 0,6 % по результатам I тура. Но, в отличие от других зон, здесь уменьшалось только количество низкообеспеченных почв, а со средним содержанием фосфора увеличивалось.

По результатам III тура обследования, наиболее существенное повышение обеспеченности почв фосфором отмечалось в Апана-сенковском районе, где площадь почв с высоким его содержанием возросла до 54,6 тыс. га (табл. 15).

Следующий за ним Нефтекумский район имеет 33,8 тыс. га таких почв. Ипатовский район, хотя и имеет 37,7 тыс. га высокообеспеченных по фосфору почв, но они составляют 13,5 % от площади пашни. Более 20 % пашни такие почвы занимают в Предгорном районе.

В Новоселицком районе в основном наблюдался переход почв из класса низкообеспеченных в класс со средним содержанием фосфора. Площадь же почв с высоким содержанием фосфора возросла здесь с 0,5 до 1,1 % (в 1966 году почв такой категории в этом районе не было). Аналогичные тенденции отмечались и в Благо-дарненском районе - площадь хорошо обеспеченных фосфором почв здесь 2,5 %, в Красногвардейском районе - 4,3 % и в Буденновском районе - 4,8 %.

Анализ изменения плодородия почв, по результатам трех туров обследования, показал, что за период с 1964 по 1983 год содержание фосфора в пахотном слое возросло в 1,5-2 раза в хозяйствах, где его вносили ежегодно в дозе 20-25 кг/га.

В хозяйствах, где применяли менее 20 кг/га, содержание подвижного фосфора изменялось менее значительно. В целом по краю между 1 и III турами изменения в содержании фосфора в почве колебались в пределах 0,7-10 мг/кг почвы.

Таблица 15

Содержание подвижного фосфора в пахотных почвах Ставропольского края по районам (материалы V тура обследования)

Районы

Обследованная площадь, га

Содержание подвижного фосфора в почвах

очень низкое <10

низкое 11-15

среднее 16-30

повышенное

ЗМ5

высокое 46-60

очень высокое >60

га

%

га

%

га

%

га

%

га

%

га

%

1 зона

Апанасенковский

145699

4575

3,2

10657

7,3

70662

48,5

38819

26,6

18113

12,4

2873

2,0

Арзгирский

225000

2330

1,0

32030

14,2

151560

67,4

29650

13,2

6630

3,0

2800

1,2

Левокумский

170860

300

0,2

8780

5,1

107570

63,0

42100

24,6

8280

4,9

3830

2,2

Нефтекумский

108490

1770

1,6

5380

5,0

43280

39,9

32970

30,4

15810

14,6

9280

8,5

Туркменский

136891

25859

18,9

28486

20,8

59441

43,4

17320

12,7

4720

3,4

1065

0,8

II зона

Александровский

129010

4070

3,2

22250

17,2

73420

56,9

22080

17,2

4950

3,8

2240

1,7

Благодарненский

199020

ЗОЮ

1,5

35590

17,9

122570

61,6

29940

15,0

4730

2,4

3180

1,6

Буденновский

240130

3430

1,4

54380

22,7

142260

59,2

27520

11,5

7640

3,2

4900

2,0

Ипатовский

272868

37664

13,8

60578

22,2

105315

38,6

36268

13,3

24588

9,0

8454

3,1

Курский

160500

3550

2,2

31050

19,3

95910

59,8

21310

13,3

6970

4,3

1710

1,1

Новоселицкий

134180

2750

2,0

24650

18,3

78500

58,5

20750

15,5

4560

3,4

3060

2,3

Петровский

131020

9704

7,4

20986

16,0

54052

41,3

26927

20,6

14068

10,7

5284

4,0

Советский

168860

29460

17,4

43460

25,8

60840

36,0

22970

13,6

7620

4.5

4510

2,7

Степновский

130770

1800

1,4

23710

18,1

71555

54,7

23370

17,9

6814

5,2

3521

2,7

Продолжение

Районы

Обследованная площадь, га

Содержание подвижного фосфора в почвах

очень низкое <10

низкое 11-15

среднее 16-30

повышенное 31-45

высокое 46-60

очень высокое >60

га

%

га

%

га

%

га

%

га

%

га

%

III зона

Изобильненский

126619

15338

12,1

24114

19,1

65224

51,5

13211

10,4

6607

5,2

2125

1,7

Грачевский

96860

12342

12,8

22978

23,7

41377

42,7

12548

13,0

5732

5,9

1883

1,9

Кочубеевский

122612

9909

8,1

24599

20,1

56690

46,2

19530

15,9

9564

7,8

2320

1,9

Красногвардейский

125518

16762

13,4

30239

24,1

40868

32,5

24169

19,3

8178

6,5

5301

4,2

Андроповский

176303

14699

8,3

51255

29,1

83197

47,2

21033

11,9

5620

3,2

499

0,3

Новоалександровский

164403

5743

3,5

19690

11,9

77245

47,0

38392

23,4

18739

11,4

4595

2,8

Труновский

130164

7090

5,5

21778

16,7

64448

49,9

27175

20,9

8296

6,4

827

0,6

Шпаковский

119541

6903

5,8

15851

13,3

43727

36,6

29881

24,9

17291

14,5

5888

4,9

IV зона

Георгиевский

141400

12600

8,9

38280

27,1

65200

46,1

18190

12,9

4420

3,1

2710

1,9

Минераловодский

572249

3352

5,6

11061

19,3

27333

47,7

11990

20,9

3171

5,5

343

0,6

Кировский

111370

710

0,6

9100

8,2

58160

52,2

28450

25,5

10650

9,6

4300

3,9

Предгорный

82174

2132

2,6

7086

8,7

34715

42,2

18193

22,1

10747

13,1

9302

11,3

По краю

3807501

237852

6,2

677928

17,8

1895658

49,9

654755

17,2

244508

6,4

96800

2,5

В широком производственном эксперименте по изучению периодического внесения фосфорно-калийных удобрений на площади 79 тыс. га проведенном на преобладающих в крае почвах: южных карбонатных малогумусных мощных и среднемощных черноземах, карбонатных среднегумусных, сверхмощных и мощных черноземах, слитых солонцеватых черноземах, темно-каштановых солонцеватых и темно-каштановых карбонатных почвах среднее содержание подвижного фосфора до начала опыта в них было в пределах 11,4-18,6 мг/кг почвы. За шестилетний период эксперимента было внесено 108-332 кг фосфорных удобрений на га по действующему веществу.

При внесении на фоне азота и калия 163-332 кг/га фосфора на карбонатных, слабовыщелоченных и южных черноземах содержание подвижного фосфора возросло до 19-28,7 мг/кг почвы. В то же время на слитых черноземах и темно-каштановых почвах доза фосфора в 100-244 кг/га подняла его уровень в почве до 19-25 мг/кг.

По сравнению с первоначальным содержанием, количество фосфора в черноземах за 6 лет эксперимента возросло на 8-13,7 мг, в солонцеватых почвах - на 7,4-8,3 мг. Для увеличения подвижного фосфора в черноземах на 1 мг потребовалось 24 кг/га Р205, а в каштановых почвах - 14 кг/га.

Результаты IV тура обследования почв показали, что тенденции, отмеченные после III тура обследования, сохранились - содержание подвижного фосфора в почвах практически всех районов продолжало возрастать, и средняя обеспеченность их составила 22 мг/кг (при 19 мг/кг в III туре). Исключение составил Новоселицкий район, где этот показатель остался на прежнем уровне. В остальных районах среднее увеличение содержания фосфора в почвах обследованной пашни составило от 1 до 9 мг/кг почвы (табл. 16).

По результатам V тура обследования почв, видно, что за период с 1983-1988 гг. по 1988-1993 гг. содержание подвижного фосфора в почвах практически всех районов Ставропольского края продолжало возрастать, и в среднем его содержание достигло 26 мг/кг почвы, т. е. возросло, по сравнению с IV туром, на 4 единицы. На прежнем уровне осталось содержание фосфора в почвах лишь Туркменского района.

VI тур обследования 1993-1996 гг., проведенный в 17 из 24 районов показал, что содержание подвижного фосфора в почвах практически всех обследованных районов существенно (на 1-16 мг/кг почвы) снизилось.

Таблица 16

Содержание подвижного фосфора в почвах пашни Ставропольского края (мг/кг почвы)

Наименование районов

Тур обследования

I

II

III

IV

Апанасенковский

20

21

26

27

Арзгирский

17

17

17

21

Левокумский

20

19

19

24

Нефтекумский

22

22

28

31

Туркменский

15

17

16

20

Александровский

15

18

19

24

Благодарненский

13

13

15

24

Буденновский

12

16

17

18

Ипатовский

15

18

19

22

Курский

15

17

17

20

Новоселицкий

13

14

15

15

Петровский

11

14

18

24

Советский

10

17

16

19

Степновский

15

17

17

21

Изобильненский

11

13

15

18

Грачевский

16

14

15

19

Кочубеевский

16

21

19

24

Красногвардейский

13

15

14

17

Андроповский

15

18

21

17

Новоалександровский

16

17

19

25

Труновский

10

14

17

18

Шпаковский

13

18

21

24

Георгиевский

15

16

17

18

Минераловодский

18

17

20

24

Кировский

15

17

16

23

Предгорный

15

24

24

27

Среднее по краю

15

17

19

22

Это явилось неизбежным следствием резкого снижения уровня применения минеральных и органических удобрений (в 7 и 4 раза соответственно в 1995 году по сравнению с 1987-1990 гг.). Обеспеченность почв подвижным фосфором в среднем составила 21 мг/кг почвы, что на 5 мг/кг почвы меньше, чем по результатам V тура обследования.

3.4. Калийный режим почв

Калий играет значительную роль в жизнедеятельности растений. По сравнению с другими элементами минерального питания, изучение его физиологических функций затруднено тем, что выделить стабильный изотоп калия сложно. Установлено, что калий интенсифицирует процесс фотосинтеза. Это обусловлено способностью калия активизировать ферменты, участвующие в энергетическом переносе, построении АТФ, обеспечивающей энергией ассимиляцию углекислого газа. Калий ускоряет отток ассимилятов в запасающие органы, контролирует работу устьиц, тем самым влияя на углеводный обмен в растениях. Значительное влияние калий оказывает и на азотный обмен в растениях. Он способствует образованию белков, стимулируя образование энергоносной АТФ, восстановление нитратов до амидной группы, пополнение ассимилятами кетокарбоновых кислот в процессе синтеза аминокислот. С этим механизмом связано благоприятное действие калия на процесс азотфиксации у бобовых растений. Калий ослабляет неблагоприятное влияние засухи, способствуя эффективному использованию воды, повышает устойчивость растений и к другим стрессовым ситуациям: низким температурам, засоленности почв. Эти свойства основываются на способности калия повышать осмотическое давление клеточного сока и влиять, таким образом, на биофизические свойства клеток. Кроме этого, установлено, что калий повышает устойчивость растений к ряду заболеваний.

Содержание калия в земной коре составляет 2,5 %. Валовое содержание калия в почвах может сильно колебаться и в основном зависит от состава минералов и почвообразующих процессов, а также от их гранулометрического состава. Почвы тяжелого гранулометрического состава могут фиксировать значительно больше калия, чем легкие. На поглотительную способность почвы в отношении калия значительное влияние оказывают ее влажность, содержание гумуса, реакция среды, емкость поглощения и степень насыщенности основаниями, биологическая активность почв, а также дозы и формы калийных удобрений. Природа, запасы и формы соединений почвенного калия, их изменения под воздействием различных факторов рассмотрены в работах целого ряда исследователей. Меньше всего калия содержится в песчаных почвах (0,03-0,7 %), максимальные запасы его сконцентрированы в черноземах, каштановых и, особенно, в сероземных почвах. Формы почвенного калия подразделяются на водорастворимый, обменный и необменный, также выделяют органический калий и калий почвенного скелета. Последний составляет 90-95 % валового количества.

В процессе выветривания ионы калия попадают в почвенный раствор, где часть из них мигрирует с ним, а часть вторично закрепляется твердой фазой, компенсируя избыточный отрицательный заряд. Такой заряд могут образовывать разнообразные вторичные минералы и органические соединения. В зависимости от местонахождения заряда на поверхности минерала или от распределения электронной плотности в органической молекуле, прочность связи калия в каждом случае будет различной. Все это определяет разнообразие позиций в твердой фазе с различным физико-химическим сродством к калию. При изменении внешних условий обычно все формы калия подвержены динамике, и многие исследователи указывают на наличие подвижного равновесия между ними.

Для практических целей необходимо, в первую очередь, знать, в какой степени растения обеспечены калием. Это подразумевает наличие сведений о доступных растениям формах, т. е. непосредственно потребляемых, и возможности пополнения их за счет других форм.

Большую часть калия растения поглощают из почвенного раствора, поэтому водорастворимую форму, как считают западноевропей-ские исследователи, следует считать показателем питания растений калием. Это мнение согласно IPI (1977) основано также на более тесной корреляции между урожаем и водорастворимой формой, чем урожаем и обменной формой.

Содержание водорастворимого калия в почвах незначительно и, по мнению исследователей (Пчелкин, 1966; Ониани, 1981; и др.), как фактор, характеризующий эффективное плодородие почв, существенного значения не имеет. Об обеспеченности растений калием судят по содержанию в почве его обменной формы.

В условиях Юга России рекомендации по применению калийных удобрений сводятся к необходимости компенсации выноса калия планируемым урожаем и увеличения содержания обменного калия в почве, т. е. повышения плодородия почв. Уровень доз зави сит от отклонения фактического содержания обменного калия от оптимального и определяется на базе сведений об эффективности калийных удобрений в многолетних полевых опытах, проводимых в данном регионе.

Более детальные рекомендации по использованию калийных удобрений, предложенные нами (1996), базируются на установленном факте повышения содержания обменного калия при отрицательном балансе его при внесении доз калийных удобрений, не компенсирующих вынос растениями. Подход к определению доз калийных удобрений основывается на экспериментальном определении для конкретных условий той минимальной дозы, при которой будет обеспечиваться определенный уровень продуктивности севооборота, эффективное использование удобрений и непрерывное увеличение содержания калия в почве. Для этого на основе балансовых расчетов вводится показатель предельно допустимой дозы калия за ротацию севооборота - разница между средней годовой дозой и средним годовым выносом калия урожаем заданной величины. Учеными сделана попытка оценить размеры оптимальной дозы удобрений с различных позиций: физиологической, почвенной, агрохимической, экономической и с учетом климатического фактора. При этом предельно допустимая доза устанавливается с учетом продуктивности севооборота (в зерновых единицах), гранулометрического состава (процент содержания физической глины), содержания обменного калия и оптимального количества калия в ППК, климатического показателя данного региона (коэффициент увлажнения, сумма температур более 10°С за год).

Безусловно, пути оптимизации калийного питания растений будут совершенствоваться в дальнейшем.

За последние годы произошли существенные изменения в обеспеченности почв Ставрополья обменным калием (табл. 17, 18).

В целом по краю, по результатам III тура обследования, содержание калия стабилизировалось на уровне 337 мг/кг почвы. Однако количество почв с высоким содержанием калия уменьшилось, по сравнению со II туром, с 90 % до 79 %. Вместе с этим возросли площади низко обеспеченных калием почв. Если после II тура их насчитывалось 30,4 тыс. га, то по результатам III тура их стало уже более 100 тыс. га, или 2,6 % от всей обследованной пашни.

Динамика содержания калия по турам агрохимического обследования почв Ставропольского края, мг/кг почвы

Районы

Тур обследования*

1

II

III

IV

V

VI

I зона

Апанасенковский

403

472

490

468

415

409

Арзгирский

434

385

417

399

415

349

Левокумский

456

447

450

448

436

Нефтекумский

493

500

473

457

466

Туркменский

392

412

413

426

356

334

II зона

Александровский

243

268

310

278

284

280

Благодарненский

367

321

342

347

354

Буденновский

419

403

392

376

381

335

Ипатовский

404

449

446

403

483

410

Курский

389

350

358

365

354

Новоселицкий

328

308

305

293

312

261

Петровский

305

316

356

354

334

327

Советский

345

337

297

369

Степновский

321

386

391

376

371

III зона

Изобильненский

347

363

333

374

369

346

Грачевский

381

324

358

355

315

255

Кочубеевский

329

313

354

354

340

325

Красногвардейский

302

302

309

321

343

275

Андроповский

364

386

409

406

380

363

Новоалександровский

374

321

376

411

443

379

Труновский

325

288

355

342

335

Шпаковский

342

346

375

325

359

346

IV зона

Георгиевский

327

306

297

281

344

Минераловодский

400

369

395

438

405

323

Кировский

292

293

309

331

329

Предгорный

331

371

330

377

344

377

Среднее по краю

373

335

337

369

371

335

Примечание: Тоды проведения туров обследования приведены в предыдущих таблицах.

Распределение пашни по обеспеченности почв обменным калием, % к площади пашни

Степень обеспеченности почвы

Содержание, мг/кг почвы

Тур обследования

I

II

III

IV

V

Низкая

до 15

63,6

54,9

51,0

36,4

22,0

Средняя

16-30

35,5

40,1

38,5

43,6

55,8

Высокая

более 30

0,9

5,0

10,5

20,0

22,2

За период с 1976 по 1986 годы отмечается снижение площадей почв, хорошо обеспеченных калием. По краю это составляет почти 500 тыс. га. Удельный вес таких почв, выраженный в процентах ко всей площади обследованной пашни, понизился в 18 районах из 26, причем в Александровском районе с 62 до 46 %, Благодарнен-ском - с 95 до 73 %, Курском - с 95 до 78 %, Новоселицком - с 85 до 47 % и в Петровском - с 92 до 74 %. Аналогичная картина наблюдалась в Нефтекумском, Левокумском, Арзгирском, Апанасен-ковском, Ипатовском и других районах (табл. 19). Такое состояние сложилось вследствие того, что вынос калия сельскохозяйственными культурами не компенсировался вносимыми удобрениями, а это приводило к нарушению его баланса в почве.

Потребление калия на формирование урожаев за это же время было в пределах 170 тыс. т, а внесено с удобрениями - 105 тыс. т. В расчете на гектар среднегодовое внесение калия не превысило 30 кг/га при выносе 49 кг/га. Дефицит составил 38 %, или 19 кг/га. В районах, под влиянием практикуемых норм внесения калийных удобрений, сложился отрицательный баланс калия в системе почва-растение-удобрение.

Результаты IV тура обследования почв пашни свидетельствуют о том, что тенденция к снижению обеспеченности почв обменным калием, отмеченная по результатам III тура обследования, сохраняется в большинстве районов Ставрополья (табл. 19).

Наряду с этим, в ряде районов отмечено существенное повышение этого показателя на 22-47 мг/кг почвы (Андроповский, Ново-селицкий, Минераловодский, Кировский, Предгорный) и незначительное увеличение содержание обменного калия в Благодарнен-ском, Курском, Шпаковском районах. Однако среднее содержание обменного калия в почвах пашни возросло на 3 мг/кг почвы.

Почвы Ставропольского края характеризуются в целом как хорошо обеспеченные калием за счет сложившегося естественного плодородия.

Содержание обменного калия в пахотных почвах Ставропольского края по районам (материалы V тура обследования)

Районы

Обследованная площадь, га

Содержание обменного калия в почвах, мг/кг

очень низкое <100

низкое 101-200

среднее 201-300

повышенное 301^100

высокое

401-600

очень высокое >600

га

%

га

%

га

%

га

%

га

%

га

%

I зона

Апанасен-

145699

112

0,1

9459

6,5

60762

41,7

69623

47,8

5743

3,9

ковский

225000

4650

2,1

86930

38,6

131000

58,2

2400

1,1

Арзгирский

170860

180

0,1

5760

3,4

35000

20,5

116900

68,4

13020

7,6

Левокумский

108490

70

0,1

610

0,6

6290

5,8

27870

25,7

58520

53,9

1530

13,6

Нефтекумский Туркменский

136891

197

0,2

33854

24,7

68205

49,8

34173

25,0

462

0,3

II зона

Александровский Благодар-

129010

3410

2,6

38530

29,9

48470

37,6

18640

14,4

15440

12,0

4520

3,5

ненский

199020

1410

0,7

55850

28,1

119810

60,2

21240

10,7

710

0,3

Буденновский

240130

520

0,2

31340

13,1

126390

52,6

74280

30,9

7600

3,2

Ипатовский

272868

735

0,3

35532

13,0

109014

39,9

112379

41,2

15208

5,6

Курский

160500

2500

1,6

40460

25,2

78670

49,0

37480

23,3

1390

0,9

Новоселицкий

134180

4100

3,1

62710

46,7

56990

42,5

9460

7,0

920

0,7

Петровский

131020

52

0,1

5037

3,8

52574

40,1

43382

33,3

26819

20,5

2857

2,2

Советский

168860

2350

1,4

47180

28,0

69100

40,0

39380

23,3

10850

6,4

Степновский

130770

300

0,2

21950

16,8

67050

51.3

40290

30,8

1180

0,9

Продолжение

Районы

Обследованная площадь, га

Содержание обменного калия в почвах, мг/кг

очень низкое <100

низкое 101-200

среднее 201-300

повышенное 301-400

высокое

401-600

очень высокое >600

га

%

га

%

га

%

га

%

га

%

га

%

III зона

Изобильненский

126619

72

0,1

3061

2,4

29918

23,6

50555

39,9

40279

31,8

2734

2,2

Грачевский

96860

242

0,2

9971

10,3

40551

41,9

27147

28,0

16958

17,5

1991

2,1

Кочубеевский Красногвар

122612

262

0,2

8603

7,0

39062

31,9

41672

34,0

31316

25,5

1697

1,4

дейский

125518

363

0,3

6544

5,2

42498

33,9

43052

34,3

29465

23,5

3547

2,8

Андроповский

176303

282

0,1

22595

12,8

91949

52,2

60230

34,2

1247

0,7

Новоалександровский

164403

47

0,0

4930

3,0

54131

32,9

92091

56,0

13205

8,1

Труновский

130164

16

0,0

3297

2,5

48302

37,1

52230

40,1

24667

19,0

1652

1,3

Шпаковский

119541

661

0,6

15671

13,1

30418

25,4

26502

22,2

42136

35,2

4153

3,5

IV зона

Георгиевский Минерало

141400

1300

0,9

4120

2,9

59760

42,3

51160

36,2

21910

15,5

3150

2,2

водский

572249

230

0,4

10982

19,2

20493

35,8

22181

38,7

3362

3,9

Кировский

111370

1540

1,4

39320

35,3

53220

47,8

16420

14,7

870

0,8

Предгорный

82174

140

0,1

4111

5,0

30295

37,0

26411

32,1

17315

21,0

3942

4,9

По краю

3807501

6588

0,2

114108

3,0

854710

22,4

1520204

39,9

1201952

31,6

109939

2,9

V тур обследования показал, что благодаря рациональному использованию минеральных удобрений в 12 из 24 районов содержание обменного калия возросло на 5-80 мг/кг почвы. В 9 районах содержание калия продолжало снижаться по сравнению с IV туром (табл. 19).

Снижение уровня применения калийных удобрений (как и фосфорных) существенно отразилось на обеспеченности почв калием. Результаты VI тура (1993-1996 гг.) ярко отразили существующее положение. В 16 из 17 обследованных районах содержание подвижного калия в почвах снизилось на 6-82 мг/кг почвы.

Особенно заметное снижение его содержания отмечено в Арз-гирском, Ипатовском, Минераловодском, Буденновском, Новосе-лицком, Грачевском, Кочубеевском районах, где обеспеченность почв калием снизилась на 40-82 единицы. И лишь в Предгорном районе содержание калия в почвах возросло на 33 мг/кг почвы. Такое положение привело к тому, что средняя обеспеченность почв Ставрополья калием (обследовано 17 из 26 районов) снизилась с 371 до 335 мг/кг почвы.

Удобрения и динамика почвенного плодородия

Время и характер использования почв в сельском хозяйстве оказывает существенное влияние на ход почвообразовательного процесса, формирование почвенного плодородия. При антропогенном воздействии плодородие почвы увеличивается или заметно снижается от исходного в результате игнорирования известных приемов, направленных на его сохранение.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >