ВВЕДЕНИЕ
Трансформация ландшафтов в процессе сельскохозяйственной деятельности человека оказывает существенное воздействие на сложившиеся природные потоки вещества и энергии. Наряду с позитивными изменениями, которых добивается земледелец, все сильнее проявляются негативные последствия техногенеза. Нередко они превосходят экологически допустимые пределы и способность экосистем к саморегуляции, что ведет к их разрушению (В.И. Кирюшин, 1996).
Черноземы лесостепной зоны Поволжья обладают высоким естественным плодородием и имеют от природы, как правило, реакцию среды, близкую к нейтральной или слабокислую. Однако сравнительный анализ состояния черноземов за сто лет показал наличие активных процессов их под-кисления. Изменения показателей рН по сравнению с исходными данными составили 2,3 ед., а гидролитической кислотности — 6,7 мг-экв на 100 г почвы (АЛ. Щербаков, И.И. Васенев, 1994).
В результате проводимых в России социальных и экономических преобразований резко снизилось потребление сельским хозяйством материально-технических ресурсов. Так, применение удобрений к 2003 г. уменьшилось по сравнению с 1987 - 1990 гг. в целом по стране со 120 до 12, а в Пензенской области - с 75 до 3 кг д.в./га. Использование органических удобрений из-за дороговизны горючего сократилось соответственно с 3,5 до 0,3 т/га. Это в сочетании с отсутствием поставок новой техники, ядохимикатов и дефицитом энергоресурсов повсеместно заставило сельских товаропроизводителей отказаться от системных агротехнологий и перейти на их примитивные формы. Итогом стало резкое снижение производства продуктов питания, способное привести Россию к потере продовольственной безопасности, и прогрессирующее ухудшение почвенного плодородия.
В условиях новых экономических отношений и осложнения экологической ситуации поиск путей повышения продуктивности земель сельскохо-
зяиственного назначения и сохранения их природного потенциала при экономном использовании ресурсов является крупнейшей проблемой сельскохозяйственной науки и практики. Одним из путей улучшения агромелиоративного состояния кислых черноземных почв является использование в качестве химических мелиорантов местных минеральных ресурсов и отходов сахарной промышленности (дефекат).
Цель исследований: определить влияние местных известковых материалов и минеральных удобрений на агромелиоративное состояние чернозема выщелоченного и урожайность сельскохозяйственных культур.
В задачи исследований входило:
1. Установить изменение кислотно-основных свойств чернозема выщелоченного под влиянием химических мелиорантов и удобрений.
2. Изучить изменение микро- и макроагрегатного состояния чернозема выщелоченного под влиянием химических мелиорантов и удобрений.
3. Определить действие химических мелиорантов и удобрений на общие физические свойства чернозема выщелоченного.
4. Изучить влияние известковых материалов на водные свойства почвы и водопотребление растений.
5. Изучить действие известковых материалов и удобрений на содержание щелочногидролизуемого азота, подвижного фосфора и обменного калия в почве.
6. Провести оценку влияния химических мелиорантов и удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур.
7. Рассчитать энергетическую и экономическую эффективность ис-пользования в качестве химических мелиорантов местных известковых материалов и минеральных удобрений.
Научная новизна. Впервые в условиях лесостепи Среднего Поволжья дана сравнительная оценка по влиянию на агромелиоративное состояние чернозема выщелоченного и урожайность сельскохозяйственных культур местных известко- вых материалов (доломитовая мука, мергель, дефекат) и минеральных удобрений.
На основании экспериментальных данных получены эмпирические зависимости, выявлена и оценена зависимость различных факторов почвенного плодородия от кислотно-основных свойств почвы, разработана математическая модель взаимосвязи продуктивности культур звена севооборота и факторов почвенного плодородия.
Практическая значимость работы. Полученный экспериментальный материал может быть использован для разработки приемов химической мелиорации черноземных почв. Применение местных известковых материалов в качестве химических мелиорантов совместно с минеральными удобрениями дает возможность предупредить развитие деградационных процессов в почве, улучшить ее агромелиоративное состояние и повысить урожайность сельскохозяйственных культур.
Реализация результатов исследований
Полученные результаты исследований прошли производственную проверку в хозяйствах Каменского района на площади пять тысяч гектар.
Основные положения, выносимые на защиту
• Агромелиоративная целесообразность использования местных известковых материалов в качестве химических мелиорантов на черноземе выщелоченном.
• Сравнительная оценка по влиянию на продуктивность сельскохозяйственных культур местных известковых материалов и минеральных удобрений.
• Энергетическая и экономическая оценка использования местных известковых материалов в качестве химических мелиорантов.
6
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Изменение плодородия почв под действием химической мелиорации и удобрений
Основной задачей земледелия на современном этапе становится развитие фундаментальных исследований по вопросам количественного учета компонентов почвенного плодородия, установление оптимальных параметров их гидротермических, физических, физико-химических и биологических свойств в разных почвенно-климатических зонах, позволяющих реализовать возможности высокопродуктивных сортов сельскохозяйственных культур интенсивного типа.
Важнейшей задачей становится глубокое познание негативных процессов, развивающихся в почвах при интенсификации их использования, существенно ограничивающих продуктивность сельскохозяйственных культур.
В связи с требованием совершенствования зональных, региональных и локальных почвозащитных систем земледелия возникает необходимость изучать генезис и географию проявления таких явлений как эрозия, дегуми-фикация, подкисление, переуплотнение, декальцификация, обесструктурива-ние, усиление вторичного засоления, несбалансированность агрономически значимых химических и физических свойств, потеря биогенности и другие виды деградации почв. Разработка и внедрение в практику сельского хозяйства комплекса мер по устранению негативных качеств почв будут способствовать решению одной из важнейших проблем - росту продуктивности земледелия.
Реакция среды является одной из основных характеристик уровня плодородия почвы. Она оказывает разносторонние влияние на свойства почвы и продуктивность сельскохозяйственных культур.
Негативное влияние повышенной кислотности на растения проявляется при недостатке Са и повышенной концентрации токсичных для растений ионов Н*, А1+3, Мп+2. при этом изменяется доступность для растений элементов питания, повышается подвижность тяжелых металлов, снижается биологическая активность почвы и т.д. Следовательно, кислотность является интегральным показателем целого комплекса свойств почвы, от которых зависит
формирование урожая. Изменение реакции среды в почве зависит от многах факторов и, в первую очередь, от нормы внесения извести, буферных свойств почвы, ее гранулометрического состава (Н.П. Ремезов, СВ. Щерба, 1983; С.С. Ярусов, 1948; Д.П. Прянишников, 1963; Н.С. Авдонин, 1970, 1972; А.Н. Небольсин, 1983; Л.А. Лебедева, 1984; А.Н. Небольсин, З.П. Небольсина, 1997).
Ряд исследователей считают, что основной причиной подкисления почв является потеря кальция за счет миграции его при промывании почвы атмосферными осадками и за счет выноса его с урожаем, расхода на нейтрализацию кислых минеральных удобрений (Т.М. Кулаковская, 1977; А.Н. Небольсин, 1983; Н.П. Богомазов с соавторами, 1994, И.А. Шильников, 1991). По данным Жученко (1990) при высоких урожаях с 1 га выносится до 50 кг кальция.
Потери кальция характеризуются следующими величинами в кг/га: Ленинградская область - 8-260 (Т.К. Крейнер с соавтором, 1972; А.Н. Небольсин, 1983); Московская область - 13-336 (М.В. Базилинская с соавторами, 1970; М.А. Бобрицкая с соавтором, 1966; В.В. Прокошев с соавтором, 1976); Белоруссия - 54-286 (Т.Н. Кулаковская с соавторами, 1970, 1972, 1978). В Пензенской области из корнеобитаемого слоя ежегодно теряется 150-290 кг кальция (Рекомендации..., 1991).
Более высокие потери кальция с фильтрующими водами имеют место в странах Западной Европы, где выпадает большое количество осадков. Эти величины составляют в кг/га: Германия — 81-666 (J. Kohnlejn, 1971); 325-430 (A. Amberger, 1973); Чехословакия - 255 (М. Kozak, 1971); Польша-108-249 (В. Богушевский, 1970); Англия - 62-162 (Г. Гарднер, 1954); 38-250 (Д. Кук, 1975); Франция- 102-312 (Cjppenet, 1969).
С потерей кальция и магния их место в ППК занимают ионы водорода, приводящие к ухудшению физико-химических свойств почвы, снижая бу-ферность и повышая кислотность (Ю.А. Шугаров и др., 1964; И.Н. Бесков, 1965, 1970; Г.Н. Россошанская, 1978; А.Б. Ахтырцев, 1979; Л.М. Жукова, 1980; А.И. Столяров, 1981; А Н. Вислобокова, 1993).
По данным Крупкина (1991), сельскохозяйственное использование приводит к увеличению гидролитической кислотности в оподзоленных черноземах на 1,27 мг-экв, в выщелоченном - на 0,46 мг-экв на 100 г почвы.
8
Известкование позволяет снизить кислотность почвы и увеличить насыщенность ее основаниями (С.Н. Алехин с соавторами, 1994; ЕЛ I. Алексеева, 1960, 1974; А.А. Андрианов, 1983; Ф.Р. Бурганов, 1993; И.Х. Бесков, 1970; Л.Н. Вислобокова, 1993; Н.Н. Гончаренко, 1981; А.В. Ивойлов, 1988, 1991; Е.И. Ратнер, 1965; В.А. Сосновский с соавтором, 1978).
Весьма ощутимо влияет на геохимическую обстановку в агроланд-шафтах как в позитивном, так и в негативном плане применение удобрений.
Влияние длительного систематического применения органических и минеральных удобрений в севооборотах на плодородие почв изучалось многими учеными (И.К. Артюхов, 1975; Б.М. Годунов, 1978; СМ. Гуревич, 1962; П.С. Колотова, 1964; Ю.К. Кудзин, СВ. Сухобрус, 1966, 1975; А.К. Леонтьев, 1980; Л.И. Мартынович, 1968; В.М. Перепелица, 1960; А.И. Симакин, 1969, и др.).
Применение минеральных удобрений, особенно в повышенных дозах, способствует увеличению подвижности кальция, следовательно, приводит к безвозвратным его потерям. Это в свою очередь создает условия для повышения кислотности почв и ухудшения других физико-химических показателей. На это обращают внимание многие исследователи (А.Я. Гетманец и др., 1973; Е.Н. Алексеева, 1974; И.И. Ефимцев, 1974; К.А. Костров, А.В. Малова, 1979; А.Я. Степаненко, 1980; А.И. Троицкий, 1980; Б.С Носко, Н.А. Кучир. 1985; В.П.Цюпка, 1989).
Увеличение кислотности почв при систематическом применении минеральных удобрений доказывают многие исследователи (Р.К. Гусейнов, 1973; Е.Н. Алексеева с соавторами, 1974; Л.Я. Берщева с соавторами, 1977; A.M. Клочков, 1978; Л.М. Петрова с соавторами, 1979; Н.В. Стороженко, 1984; В.И. Кураков с соавторами, 1996; Л.И. Мартынович с соавтором, 1992; А.П. Щербаков с соавторами, 1994; В.И. Лазарев, 1997).
Л.М. Жукова (1980), обобщив результаты 23 стационарных опытов по влиянию систематического применения удобрений на физико-химические свойства черноземных почв, констатирует их ухудшение, которое возрастает по мере увеличения доз удобрений. Применение же извести и добавок, нейтрализующих кислотность удобрений, позволяет устранить негативное действие минеральных удобрений.
Поэтому в системе полевых севооборотов на выщелоченных черноземах, имеющих кислую реакцию среды, необходимо сочетать регулярное применение минеральных удобрений с периодическим известкованием (Т.П. Лифаненкова, 1989).
Спорным остается вопрос влияния минеральных удобрений на содержание гумуса в почве. Ряд ученых утверждают, что минеральные удобрения способствовали минерализации органического вещества гумуса, и поэтому наблюдалась тенденция к снижению его содержания (В.М. Андреева, 1989; В.А. Безносиков, 1997; Ф.М. Богданов с соавторами, 1998; В.А. Борисов с соавторами, 1997; И.Н. Донских, А.В. Назарова, 1997; А.И. Жуков, 1990; П.И. Круп-кин с соавторами, 1992; В.И. Лазарев, 1997; A.M. Лыков, 1976; В.Г. Минеев, 1990; А.С. Найденов с соавторами, 1991; Г.Д. Рощина с соавторами, 1983; П.А. Скроманис с соавторами, 1988; А.Д. Хлыстовский с соавтором, 1973).
При применении минеральных удобрений на каштановых почвах наблюдался отрицательный баланс гумуса в севообороте. Без внесения органического вещества с навозом его расход восполнялся за счет пожнивных и корневых остатков всего на 29-31% (В.Н. Багрянцева, 1996).
Опыты В.А. Борисова (1997) на луговых почвах выявили, что 15-летнее использование минеральных удобрений приводило к снижению содержания гумуса в пахотном слое с 3,6% (исходное содержание) до 3,24%.
При применении минеральных удобрений часто отмечалось уменьшение содержания обменного кальция. В слое 0-20 см количество его достигало до 2,73 против 5,28 мг-экв на 100 г почвы без удобрений (Н.В. Козак и Н.И. Козак, 1996).
Институтом почвоведения и агрохимии Белоруссии выявлено, что на каждый килограмм питательных веществ, вносимых в почву в виде минеральных удобрений, теряется (выщелачивается) из суглинистых почв до 0,5 кг Са и до 0,06 кг Mg (Т.Н. Кулаковская, Л.П. Детковская, 1972). Увеличение потерь оснований из почвы с применением удобрений проявляется как за счет кислотности самих удобрений, так и за счет большого образования воднорастворимых соединений кальция в виде хлоридов, сульфатов, нитра-
10
тов, легко фильтрующихся из пахотного слоя вглубь почвы (М.Н. Мельникова, 1981; А.В. Петербургский, 1985,1989).
Резкое усиление декальцирующего действия наблюдается при внесении минеральных удобрений в повышенных дозах. В опытах В.В. Прокошева и Т.А. Вьюгиной (1976) высокие дозы усиливают вымывание кальция из почвы в три раза. По данным М.В. Базилинской с соавторами (1970), потери кальция из почвы при внесении умеренных доз удобрений составляют 105 кг/га, при повышенных дозах потери возрастают на 78 кг.
При длительном применении кислых форм удобрений было отмечено падение содержания в почве поглощенных кальция и магния и уменьшение степени насыщенности почвы основаниями целым рядом ученых (Н.С. Авдонин, 1969; Н.П. Богомазов с соавторами, 1996; А.Я. Гетманец с соавторами, 1973; М.И. Ефимцев, 1974; А.П. Карпов, 1994; Б.М. Когут, 1996; Д.А. Ко-реньков, 1990; К.А. Костров с соавторами, 1979; Б.С. Носко с соавтором 1985; О.Г. Ониани, 1981; А.Я. Степаненко, 1980; А.И. Троицкий, 1980; Ф.В. Турчин, 1972; В.П. Цюпка, 1989; СВ. Щерба, 1953; Г.Н. Янова, 1992).
Увеличение кислотности почв при систематическом применении минеральных удобрений показывают Е.Н. Алексеева, 1960, 1978; Е.Н. Алексеева, М.Ф. Зеленина, 1974; Л.Я. Берщева, И.В. Глущенко, 1977; Р.К. Гусейнов, 1973; A.M. Клочков, 1978; В.И. Куранов с соавтором, 1985; В.И. Лазарев, 1997; Л.И. Мартынович с соавтором, 1992; Л.М. Петрова с соавтором, 1979; Н.В. Стороженко, 1984; А.П. Щербаков с соавтором, 1994 и др.
На черноземах Украины за 10 лет минеральные удобрения даже на навозном фоне увеличивали обменную кислотность на 0,47, а актуальную - на 0,52 единицы рН. Минеральная система удобрений снижала показатель рН на 0,63 ед. (И.И. Филон, 1994).
На выщелоченном черноземе внесение минеральных удобрений снижали рН почвы с 5,5 до 4,6, а гидролитическую кислотность увеличивало с 2,8 до 5,1-6,4 мг-экв на 100 г почвы, что приводило к увеличению доли углерода фульвокислот в составе гумуса с 0,36 до 40 % (А.С. Найденов и др., 1991).
По данным И.Н. Манцева (2003), внесение минеральных удобрений, в том числе суперфосфата в очень больших дозах, не оказывает влияния на ре-
11
акцию почвы: рНСол и Нг остается на уровне контроля. Внесение суперфосфата дозой 7 мг Р2О5 на 100 г почвы увеличивает содержание подвижного фосфора в почве на 2,4 мг, а 49 мг — на 19,3 мг.
Внесение минеральных удобрений под культуры севооборота повышало сумму поглощенных оснований в каштановой почве на 2-3 мг-экв/ 100 г почвы, что на 5,9-11,5% превышало контроль (Н.Е. Синицина с соавторами, 2001).
Анализ, проведенный Н.И. Пятковским (1983) с 1946 по 1979 гг., показал, что количество почвенных агрегатов, при применении минеральных удобрений, размером > 10 мм увеличилось с 14,0-20,3 до 42,0-47,1 %, а размером < 0,25 мм - с 0,4-2,5 до 3,0-4,4 %. За тот же период содержание агрономически ценных агрегатов (размером 0,25-10 мм) уменьшилось более чем в 1,5 раза.
Систематическое применение минеральных удобрений понижало структурность почвы. Коэффициенты структурности (сухое просеивание) снижался с 2,86 до 2,05 при внесении РК, и до 1,99 при внесении NPK. При этом отмечено достоверное снижение содержания агрономически ценных агрегатов с 76 % до 60 %, а их водостойкости с 49 до 36% (В.А. Безносиков, 1997; А.Я. Гетманец, 1973; Б.С. Носко, А.Д. Михновская, 1977; Н.К. Пятков-ский с соавторами, 1983).
Ухудшение структурного состояния почвы объясняется тем, что при интенсивном использовании минеральных удобрений происходит разрушение коллоидного комплекса почв и, как следствие, ее распыление.
Уплотнение почвы и уменьшение общей пористости на 4,7-7,2% под влиянием систематического применения минеральных удобрений отмечали в своих работах Н.И. Арнаутова, 1988; В.А. Безносиков, 1997; Л.А. Лебедева, 1984; Н.Д. Смирнов, 1960 и др.
При высоком уровне применения удобрений заметно проявлялось накопление в почвах токсичных элементов (фтор, стронций, мышьяк, свинец, никель, кадмий, уран), как балластных примесей агрохимикатов. Они могут ингибиро-вать биологическую активность почв, нарушать ферментативные процессы и обмен веществ в растениях. При внесении суперфосфата в дозе 90 кг/га содер-
12
жание кадмия в почве увеличивалось на 0,44% (В.И. Кирюшин, 1996; В.Г. Ми-неев с соавторами, 1993; А.А. Попова, 1991; К. Рауцек, С. Кыстя,1986).
На черноземе выщелоченном тяжелосуглинистом для изменения величины рН на 0,1 требуется от 0,5 до 0,91 т/га СаСОз; на черноземе оподзолен-ном тяжелосуглинистом - от 0,78 до 1,02; на среднесуглинистом - от 0,3 до 0,59 т/га (Т.Б. Лебедева, Г.Е. Гришин, 1996).
Наибольшее изменение рН от 1т СаСОз происходит при внесении известкового материала в дозах 0,5-1,0 нормы по гидролитической кислотности. Дальнейшее же увеличение дозы извести сопровождается, как правило, незначительным ростом показателя рН (В.К. Блажевский, 1969; Л.И. Васильева с соавтором, 1980; Н.В. Мокроусова, 1977).
Черноземные почвы отличаются от остальных тем, что сдвиг рН от 1 т кальция в них значительно ниже, чем на других типах почв (А.А. Андрианов, 1985; Л.И. Китаева, 1992).
Действие извести на реакцию среды в почве достигает минимума в первые два года. Затем может наблюдаться постепенное подкисление почвенного раствора (А.Н. Небольсин с соавторами, 1983; В.А. Прудников, 1979; И.А. Шильников с соавторами, 1981, 1982).
Известкование уже в первый год заметно изменяло реакцию почвы. В первый год величина рНсол изменилась с 4,6 до 5,0-5,2; во второй — до 5,7-5,9; третий — 6,2-6,7 ед. Заметно снижается и гидролитическая кислотность (И.Н. Манцев, 2003).
Другие авторы считают, что известь, внесенная в полной дозе, способна оказывать положительное действие в течение 8-10 лет (А.В. Ивойлов с соавтором, 1993; Л.А. Лебедева, 1976; Б.С. Носко с соавтором, 1989; В.А. Прудников, 1991).
Под влиянием известкования достоверно увеличивается и емкость поглощения почвы. Это увеличение зависит, главным образом, от содержания гумуса и может достигать 48% к неизвесткованной почве (А.Н. Небольсин, З.П. Небольсина, 1997).
При известковании чернозема по 1,0 Нр доломитовой муки величина
уже на следующий год после внесения мелиоранта уменьшалась на
13
0,42-0,53 ед., и это снижение достигало максимума (0,87-1,08 ед. рН) на третий год, а затем действие известкования затухало.
Применение доломитовой муки привело к значительному снижению гидролитической кислотности (на 2,06-2,36 мг-экв/100 г почвы) уже в первый год внесения мелиоранта. На третий год показатели этого вида кислотности снизились на 30-40% к исходному значению, а в дальнейшем отмечалась тенденция снижения эффективности действия мелиоранта.
Известкование положительно сказывалось на содержании обменных катионов кальция и магния. На известкованном фоне в зависимости от применяемых систем удобрения сумма поглощенных оснований возрастала на 3,4-4,0 мг-экв/100 г почвы (Г.Е. Мерзлая, СМ. Надежкин, Е.В. Никулина, 2002). *
Исследованиями И.Д. Свистова, К.Е. Стекольникова, А.П. Щербакова, Н.В. Малыхина (2004) установлено, что дефекат нормализовал рН почвы до уровня целины. В выщелоченный чернозем интенсивного сельскохозяйственного использования для предотвращения негативных изменений в ППК целесообразно вносить дефекат через 5-6 лет.
По данным Н.И. Акановой, Н.Ф. Поливцева (2000) после внесения известковых удобрений происходило снижение кислотности почв. Максимальное смещение в нейтральную сторону отмечалось через 5-6 лет. В последующем наблюдалось постепенное подкисление почвы. Действие известняковой муки определялось ее дозой, при этом смещение реакции почвы в нейтральную сторону от 1 т СаСО3 с повышением доз от 0,5 до 2,5 г.к. снижалось в 2,8 раза. Установлено, что мелиорант в дозе при 0,5 г.к. не прекращал свое нейтрализующее действие даже через 15 лет после его внесения в почву, как отдельно, так и на фоне применения высоких доз минеральных удобрений.
Однако, некоторые ученые считают, что известкование способствует потере кальция из пахотного слоя почвы, особенно при внесении извести в дозах, превышающих емкость поглощения почвы (В.Ю. Агеец, 1980; С.Н. Лебедев, 1987; М.Н. Мельникова, 1981; Ю.А. Штиканс с соавтором, 1993; В.П. Эжеринскас с соавтором, 1984; J. Gasser, 1974).
Ученые отмечают, что внесение извести не устраняет полностью гидролитическую кислотность. Часть ее может сохраниться даже при внесении высоких
14
доз известковых удобрений (Н.С. Авдонин, 1963, 1969; Л.А. Лебедева, 1973). Однако следует учитывать, что при остаточной величине гидролитической кислотности в пределах 2,0-2,5 мг-экв на 100 г почвы она не оказывает вреда растениям.
Внесение извести изменяет «структуру» кислотности, снижая активность ионов алюминия, которые сильнее угнетают растения, чем ионы водорода. Уже при рН почвы 5,0-5,2 алюминий почти полностью осаждается в форме гидрата окиси алюминия, растворимость которого крайне мала (0,001 мг на 1 л) (М.Ф. Корнилов, И.А. Небольсин, 1971).
При длительном сельскохозяйственном использовании наблюдается процесс разрушения структуры почвы, который выражается в увеличении глыбистости (Б.П, Ахтырцев, И.А. Лепилин, 1985; Р.Ф. Дюков, 1979; П.В. Петкилев, 1962; И.С. Рабочее, И.Е. Королева, 1983; В.А. Францессон, Е.Ф. Кривицкая, 1959 и др.). Причина разрушения структуры почвы связана с частыми механическими обработками почвы. В посевах пропашных культур количество водопрочных агрегатов снижалось на 16,6 %; в чистом пару — на 9,6 % (И.Б. Ревут, 1972; В.И. Слесарев, А.Н. Власенко, 1996).
Дегумификация, декальцификация и деструктуризация почвы приводят в конечном итоге к переуплотнению пахотного и подпахотного слоев почвы. Переуплотнение почвы наблюдается под действием прохода по полю сельскохозяйственной техники (А.И. Пупонин, Н.С. Матюк, 1986; Н.В. Коломи-ец, И.Н. Драгун, 1991).
Радикальным средством повышения плодородия и улучшения почвенной структуры служит известкование кислых почв (Д.Н. Прянишников, 1963).
Известкование особенно улучшает физические свойства почв тяжелого гранулометрического состава. Почвы, в которые внесена известь, лучше фильтруются, вода в них быстрее поднимается по капиллярам, чем в неиз-весткованных. Это характеризует большую устойчивость микроагрегатов в известкованной почве к действию воды (В.Н. Стрельников, 1985).
В исследованиях МГУ установлено, что известкование улучшает физические свойства чернозема выщелоченного. Содержание водопрочных агрегатов крупнее 0,5 мм повысилось с 43% до 49%, снизилась плотность почвы с
15
1,38 до 1,27 г/см3, увеличилась ее скважность с 48% до 52%, повысилась водопроницаемость (Л.А. Лебедева, И.С. Авдонин, 1970).
Вместе с тем отдельные авторы (А.В. Ивойлов,1988) отмечают, что известкование и применение удобрений оказывают слабое влияние на содержание в почве водопрочных агрегатов крупнее 0,25 мм.
В результате двадцатилетних наблюдений Н.И. Арнаутова (1988) делает вывод, что плотность почвы на удобренных вариантах несколько возрастает и уменьшается пористость почвы на 4,7-7,2 %.
При совместном внесении доломитовой муки и минеральных удобрений преимущества в структурном состоянии почвы по сравнению с односторонним действием химической мелиорации не наблюдалось. Коэффициент структурности возрос по сравнению с контролем с 1,42 до 2,03 (Е.Н. Кузин, 2002).
В среднем за годы исследований улучшение структурного состояния почвы при внесении химического мелиоранта (доломитовой муки) отмечено, главным образом, за счет размера агрегатов 1-0,5 мм и 2-1 мм.
По мере увеличения дозы внесения доломитовой муки в почву, увеличивается степень водопрочности агрономически ценных агрегатов на 10 % (Е.Н. Кузин, 2002).
Известковые удобрения повышают водопрочность почвенных агрегатов, т.к. кальций делает коллоиды более водопрочными (В.И. Виноградов, 1955; А.А. Кириенко, 1977). Химическая мелиорация может увеличивать содержание водопрочных агрегатов (частиц > 0,25 мм) на 2,7-4,4% и снижать плотность почвы в пахотном слое (0-30 см) в среднем на 0,03-0,08 г/см3 с повышением порозности на 1-3% (Б.И. Лактионов, 1991).
По данным В.И. Мазура (1993), известкование орошаемого участка способствовало снижению плотности почвы на 0,03-0,06 г/см3 и увеличению порозности на 1,2-2,3%. Содержание водопрочных агрегатов повысилось на 1,5-5,5%.
Использование извести совместно с органическими удобрениями на серо-бурой подзолистой почве увеличивает влагоемкость почвы, общую и капиллярную пористость и уменьшает плотность почвы (I. Suware, A. Caw-ronske-Kulesza, L. Kuszelewski, 1996).
Известкование оказывает влияние на групповой состав гумуса. Отмечается увеличение содержания гуминовых кислот. В почве без удобрений со-
16
держание гуминовых кислот составляло 9,7%, а в вариантах с известью без удобрений возрастало до 13,8-18,8%. На вариантах с известью и внесением удобрений этот показатель увеличивался до 18,8-19,2% (С.Н. Алехин, 1994).
Известковые удобрения улучшают пищевой режим почв. Это связано с тем, что при слабокислой или нейтральной реакции усиливаются процессы минерализации органического вещества и биологическая активность почвы, что повышает доступность фосфорных и азотных соединений. А вследствие вытеснения калия кальцием извести из поглощенного состояния увеличивается доступность для растений и калия (А.А. Кириенко, 1977; М.Ф. Корнилов с соавторами, 1971; Л.Н. Костюхин с соавторами, 1992; Е.И. Ратнер, 1965).
При достижении с помощью известкования реакции почвенного раствора в интервале рН 6,0-6,5 большинство тяжелых металлов образуют трудно растворимые соединения в виде карбонатов. Одновременно резко увеличивается содержание водорастворимого и обменного кальция, в результате чего уменьшается способность корневой системы растений к поглощению ряда металлов, в частности Sr, Cd, Pb, Mn и др. (В.Б. Ильин, 1991; Л.А. Лебедева с соавторами, 1997; В.Г. Минеев, 1990; М.М. Овчаренко с соавторами, 1996; Л. Файтонджиев, 1981; М. Pitrowska, 1981).
Содержание подвижных форм микроэлементов в почве и их доступность растениям в большей степени зависят от реакции среды (А. Кабота-Пендиас с соавтором, 1989; СО. Коровяковская с соавторами, 1997; М.Г. Се-ничкина с соавтором, 1986).
Таким образом, обеднение корнеобитаемого слоя кальцием и магнием усиливает все формы кислотности почв и снижает степень насыщенности основаниями. Это обстоятельство обусловливает необходимость периодического внесения известковых материалов, т.к. известкование научно обоснованными нормами является единственным способом пополнения двухвалентных оснований в почвах и регулятором их кислотных свойств (Г.А. Мазур, 1990).
Применение доломитовой муки увеличило содержание легкогидроли-зуемого азота на 30 мг/кг, что сопоставимо с эффективностью минеральной системы с ежегодным внесением удобрений.
17
Известкование чернозема выщелоченного не оказало существенного влияния на содержание подвижного фосфора в почве, и использование различных систем удобрений на известковый фон не привело к резкому улучшению фосфатного режима почвы (Г.Е. Гришин, 2001).
Известкование среднекислого чернозема сопровождается глубокими изменениями в физико-химических свойствах почвы и приводит к перегруппировке фракций гумуса: доля «свободных» гуминовых кислот снижается в 1,4-2,0 раза, а количество гуматов кальция возрастает в 1,1-1,2 раза. Так как изменения в групповом составе незначительны (0,01-0,15 ед.), можно считать, что данное явление вызвано в основном химическими взаимодействиями, не затрагивающими биохимические аспекты гумусообразования (СМ. Надежкин, Е.В. Надежкина, 2002).
Внесение в почву дефеката повышало ее биогенность в весенний период на 18,3-24,1%. В этот период число микроорганизмов увеличилось на 6,3 млн./га почвы. Обладая высокой биологической активностью, микроорганизмы, размножающиеся в почве за счет органического вещества мертвых растительных остатков, в значительной степени определяют почвенно-микробиоло-гические условия роста растений. Их деятельностью обусловлено протекание в почве агрономически ценных процессов, таких, как трансформация гумусовых веществ, накопление элементов минерального питания, и прежде всего аммиака. В опыте аммонифицирующие бактерии в вариантах внесения соломы превышали контрольный вариант на 5,7-51,4% (СИ. Коржов, 2001).
Результаты проведенных в последние годы исследований (И.А. Шиль-ников, Н.И. Арканова,1995) показывают, что среди факторов, влияющих на доступность ТМ, наиболее действенные - реакция почвенной среды. Увеличение кислотности почвы приводит к повышению подвижности почти всех ТМ.
Известкование почвы по 1 Нг приводило к снижению накопления Cd растениями. Величина этого снижения составляла 12-59% и зависела от содержания Cd в почве, кислотности исходной почвы, определялась ее типом и особенностями культуры. Наиболее значительным было действие извести для культур, возделываемых на супесчаной почве, имеющей рПсол — 4,6-4,8 (Ю.А. Потатуева, Н.В. Русаков, Е.Г. Прищеп и др., 1998). |
