ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ Плодородие почв
УДК 631.417.1:631.421.1
ОЦЕНКА ОБЕСПЕЧЕННОСТИ ПОЧВ АКТИВНЫМ ОРГАНИЧЕСКИМ ВЕЩЕСТВОМ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ДЛИТЕЛЬНЫХ ПОЛЕВЫХ ОПЫТОВ*
© 2013 г. В.М. Семенов1, Б.М. Когут2, С.М. Лукин3, И.Н. Шарков4, И.В. Русакова3, А.С. Тулина1, В.И. Лазарев5
1Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН 142290 Московская обл., Пущино, Россия E-mail: v.m.semenov@mail.ru 2Почвенный институт им. В.В.Докучаева РАСХН 119017 Москва, Пыжевский пер., 7, Россия 3Всероссийский научно-исследовательский институт органических удобрений и торфа РАСХН 601390 Владимирская обл., п. Вяткино, Россия 4Сибирский научно-исследовательский институт земледелия и химизации сельского хозяйства РАСХН
630501 Новосибирская обл., р.п. Краснообск, Россия 5Курский научно-исследовательский институт агропромышленного производства РАСХН 305526 Курская обл., Курский р-н, п. Черемушки, Россия
Поступила в редакцию 17.05.2012 г.
Путем длительной инкубации образцов необрабатываемых и обрабатываемых почв длительных опытов и измерения скорости выделения С-СО2 установлены максимальный, минимальный и модальный уровни содержания потенциально-минерализуемого (активного) органического вещества в дерново-подзолистой почве, типичном и выщелоченном черноземах. Отмечено, что содержание активного органического вещества в почвах агроценозов в 1.5-12.5 раз меньше, чем биологически трансформируемого, устанавливаемого по разности содержаний валового Сорг в почвах какого-либо угодья, в том числе агроценоза и бессменного чистого пара. Показаны особенности влияния разных приемов обработки почвы, севооборота, доз органических и минеральных удобрений на содержание и структуру активного пула органического вещества исследованных почв. Ключевые слова: обеспеченность почвы, активное органическое вещество, длительные полевые опыты.
ВВЕДЕНИЕ
Почвенное органическое вещество (ПОВ) представляет собой многокомпонентный континуум частично и полностью разложившихся остатков биоты, микробной биомассы, экскреций, биомолекул и гуминовых веществ, располагающихся в конгломерате минеральных частиц, со временем существования от нескольких часов и суток до тысячелетий. Содержание ПОВ зависит от количества и качества поступающего свежего органического материала, скорости его деструкции и разложения, физико-химических и биологиче-
* Работа выполнена при поддержке РФФИ, проекты № 11-04-00364-а, № 11-04-00284-а.
ских свойств почвы, контролирующих процессы стабилизации промежуточных и конечных продуктов разложения органического вещества (ОВ), наличия дестабилизирующих ПОВ факторов, а также скорости минерализации стабилизированного, собственно почвенного ОВ. Немаловажное значение имеют климатические условия, структура ландшафта, системы земледелия с соответствующими способами обработки почвы.
Выделяют 3 основных уровня содержания ОВ в почве: максимальное, минимальное и модальное [1]. Максимальное содержание ОВ устанавливается в почве в естественных условиях, когда растительная масса не отчуждается, как это свойственно целине или длительной залежи. Минимальным содержанием ОВ характеризуется
19
2*
почва в условиях длительного бессменного чистого пара, когда растительные остатки и органические удобрения не поступают в почву, а агротехнические обработки производят постоянно. Модальное содержание ОВ - это наиболее распространенный его уровень в почве конкретной почвенно-климатической зоны (района) определенного гранулометрического состава с типичной агроэкосистемой.
С целью определения потребности в оптимизации или в воспроизводстве запасов ОВ в почве введено понятие критического уровня его содержания, под которым подразумевается минимальное содержание органического углерода (Сорг) в пахотном слое почвы, меньше которого происходит снижение урожайности культур, несмотря на достаточное применение минеральных удобрений [2]. В других исследованиях используют понятие порогового содержания Сорг в почве [3]. Если содержание Сорг меньше порогового уровня, его недостаток лимитирует продуктивность культур, появляются признаки деградации и ухудшения качества почвы с характерными изменениями ее свойств и нарушением биогеоценотических функций. В почве с содержанием Сорг больше порогового уровня его дальнейшее накопление не дает соответствующего прироста урожая, наступает быстрое насыщение почвы Сорг, избыток которого теряется из почвы [4]. Каждому типу почвы свойственен свой критический (пороговый) уровень содержания ПОВ.
Агротехнические мероприятия, применяемые с целью повышения урожайности культур (оптимальные дозы удобрений, минимизация механической обработки почвы, уменьшение доли чистого пара в севооборотах), обеспечивали увеличение содержания Сорг в выщелоченном черноземе на 0.1-0.2%, ежегодное внесение соломы в дозах 3.0-9.0 т/га - на 0.1-0.3% [2]. Однако надо иметь в виду, что величина ДСорг до 0.2% от массы типичного чернозема может быть обусловлена экспериментально зарегистрированной сезонной изменчивостью содержания Сорг в почве, состоящей из аналитической ошибки, пространственной вариабельности и собственно сезонной составляющей [1]. Поэтому при определении краткосрочной динамики Сорг, диагностики состояния ПОВ и оценки эффективности мероприятий по воспроизводству ПОВ следует измерять не столько валовое количество Сорг, сколько его содержание в химически лабильных и биологически активных пулах и фракциях. Биологически активный пул ПОВ со временем оборачиваемости от <3 до 10 лет ответственен за реализацию большинства физических, химических, биологических,
экологических и агрономических функций ОВ в почве [5]. К активному пулу ПОВ, измеряемому биокинетическим методом, относится химически и физически незащищенное ОВ высокого энергетического и питательного статуса, быстро утилизируемое микроорганизмами и расходуемое при формировании макроагрегатов, способное к химическим и биохимическим реакциям [6].
Цель работы - оценка минерализационной способности ОВ дерново-подзолистой почвы, типичного и выщелоченного черноземов; определение уровней обеспеченности этих почв активным ОВ; характеристика изменчивости этого пула ПОВ под влиянием разных агротехнических приемов, используемых при возделывании сельскохозяйственных культур.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследование проводили с образцами дерново-подзолистой почвы (Владимирская обл.), типичного чернозема (Курская обл.) и выщелоченного чернозема (Новосибирская обл.), отобранными в 2010 г. с необрабатываемых угодий и стационарных полевых опытов. Пахотная дерново-подзолистая супесчаная почва, подстилаемая с глубины 40-60 см суглинком, исходно содержала 16-18% физической глины, 0.5-0.6% органического углерода (Сорг), 1.4-2.5 и 10.4 мг/100 г подвижных Р205 и К20 соответственно, рНкс1 6.2-6.5. Опыт 1, который проводили с 1968 г., включал бессменный чистый пар, варианты без удобрений и с применением минеральных и органических удобрений. В опыте 2, заложенном в 1997 г., изучали влияние применения соломы зерновых и зернобобовых культур зернопропашного севооборота (озимая пшеница-люпин-картофель-ячмень-однолетние травы) на плодородие дерново-подзолистой почвы (табл. 1). Среднегодовая доза соломы составляла 1.8 т/га, минеральных удобрений -Ю4Р51К57. Контролем для опытов 1 и 2 служила дерново-подзолистая почва, находящаяся под залежью с 2001 г.
Образцы типичного чернозема (опыт 3) отобраны на целинном участке Центрально-Черноземного государственного биосферного заповедника им. В.В. Алехина (слой 5-25 см) и с длительного полевого опыта Курского НИИ агропромышленного производства (слой 0-25 см). Пахотный типичный чернозем содержал 48-51% физической глины, 3.1-3.5% Сорг, 0.34% ^бщ, подвижного Р205 - 10.1-14.5 мг/100 г, обменного К20 - 16.819.0 мг/100 г, рН - от слабокислого до нейтрального. Варианты чистого бессменного пара
Таблица 1. Содержание углерода потенциально-минерализуемого (Спм) органического вещества в необрабатываемых почвах и в пахотных почвах стационарных опытов и его фактическая минерализация (Сфм) за период длительной инкубации
С пм
№ п/п Вариант мг/100 г % от С орг С ■ С фм ' пм
Дерново-подзолистая супесчаная почва, Владимирская обл. (опыты 1, 2)
1 Залежь с 2001 г. 108 ± 3 10.0 1.08
2 Бессменный чистый пар с 1968 г. 25 ± 1 5.1 1.07
3 Севооборот Без удобрений 35 ± 1 6.6 1.07
4 с 1968 г. Навоз 20 т/га ежегодно 55 ± 2 6.6 1.12
5 Навоз 10 т/га + №0Р25К60 ежегодно 53 ± 0 7.3 1.12
6 Ш00Р50К120 ежегодно 44 ± 0 7.1 1.10
7 Навоз 10 т/га + Ш00Р50К120 ежегодно 53 ± 0 7.0 1.11
8 Севооборот Без удобрений 46 ± 1 8.3 1.01
9 с 1997 г. NPK + солома 24 т/га за 3 ротации 57 ± 1 9.3 1.13
10 Солома 24 т/га за 3 ротации 67 ± 0 10.6 1.42
Чернозем типичный тяжелосуглинистый, Курская область (опыт 3)
11 Целинная степь 186 ± 2 4.7 1.11
12 Бессменный чистый пар с 1964 г. 43 ± 1 1.6 1.11
13 Бессменная озимая пшеница с 1964 г. Без удобрений 56 ± 2 1.8 1.10
14 66 ± 11 1.9 1.11
15 Севооборот с 1968 г. Без удобрений 52 ± 1 1.6 1.09
16 Навоз + №К 86 ± 1 2.4 1.15
Чернозем выщелоченный среднесуглинистый, Новосибирская обл. (опыты 4, 5)
17 Залежь 292 ± 6 5.2 1.12
18 Бессменный чистый пар с 1997 г. 57 ± 1 2.0 1.07
19 Бессменная пшеница с 1 997 г., б/у 122 ± 2 3.4 1.14
20 Севооборот с 2001 г., Пар чистый без соломы 66 ± 1 1.9 1.15
21 Без удобрений Пар чистый с соломой 80 ± 1 2.2 1.13
22 Пар занятый с соломой 81 ± 1 2.2 1.13
23 Пар сидеральный с соломой 85 ± 0 2.3 1.12
24 Севооборот с 2001 г., Пар чистый без соломы 72 ± 2 2.0 1.14
25 Ш0-80Р40 Пар чистый с соломой 84 ± 1 2.3 1.12
26 Пар занятый с соломой 84 ± 1 2.3 1.14
27 Пар сидеральный с соломой 84 ± 1 2.2 1.15
Примечания. 1. Нумерация вариантов та же в табл. 2, 3 и на рис. 1-3. 2. ± - стандартное отклонение. То же в табл. 2, 3.
и бессменной озимой пшеницы поддерживали с 1964 г., севооборота - с 1968 г.
Опыт 4 на выщелоченном черноземе с бессменным чистым паром и бессменной пшеницей проводили с 1997 г.; варианты опыта 5, заложенного в 2001 г., различались по характеру использования парового поля в севообороте и количеству поступавших в п
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.