Нетрадиционные химмелиоранты и агрофизические свой ства дерново-подзолистой почвы

ПРОБЛЕМЫ АГРОЭКОЛОГИИ В СМОЛЕНСКОЙ ОБЛАСТИ

НЕТРАДИЦИОННЫЕ ХИММЕЛИОРАНТЫ И АГРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ

Р.Д. Маковский, Н.Г. Пушкарева

Смоленский НИИ сельского хозяйства РАСХН А.Г. Прудникова

Смоленская ГСХА

Закисление почв сельхозугодий - одна из важнейших проблем аграрного сектора экономики как страны в целом, так и Смоленской области в частности, где кислые почвы занимают две трети площади пашни. Поэтому их известкование является первоочередной задачей для повышения эффективного плодородия. Однако ежегодное снижение поддержки государства на осуществление известкования почв и внесение удобрений, а также отсутствие собственных средств вынуждает сельхозпроизводителей использовать нетрадиционные агрохимикаты.

В 2002 г. на опытном поле Смоленской сельскохозяйственной академии сотрудниками Смоленского НИ-ИСХ был заложен мелкоделяночный опыт, в котором исследовали известняковую муку (ИМ), металлургический шлак (МШ) и конверсионный карбонат кальция (ККК), а также золошлак (ЗШО). Содержание кальция в известковых материалах составляло: ИМ - 35%, МШ -32%, ККК - 36%, ЗШО - 4,4%.

Почва опытного участка дерново-подзолистая легкосуглинистая. Перед закладкой опыта содержание органического вещества составляло 1,55%, подвижного фосфора - 122 мг/кг, обменного калия - 105 мг/кг, рНкс1 - 5,1. Опыт заложен в четырехкратной повторности, размещение вариантов систематическое шахматное. Известковые материалы в указанных дозах были внесены под озимую рожь с подсевом клевера. Последующими культурами севооборота были клевер 1 года пользования, клевер 2 года пользования, ячмень и викоовсяная смесь. Агротехника культур в опыте общепринятая для Центрального района Нечерноземной зоны.

Исследования в течение 2003-2006 гг. показали значительное влияние химмелиорантов на урожайность (табл. 1). Во всех случаях получена экстремальная зависимость с максимумом в районе дозы в 1-2 г.к., которая связана с изменением в процессе известкования большого числа факторов. В их числе агрофизические свойства почвы: гранулометрический состав и структурное состояние. Они в той или иной мере определяют основные функциональные свойства почвы, как экологической среды и объекта технических воздействий - наличие порового пространства, водоудерживающую способность и влагопроводность. Связь функциональных свойств с гранулометрическим составом и структурным состоянием не вызывает сомнений (Березин, Кириченко, Корякина и др., 1991).

1. Влияние известкования почвы на урожай ржи_________________

Вариант Урожайность, зерн.ед. Продуктивность севооборота, зерн.ед.

Фон - N3^30^0 26 83

Ф + ИМ 0,5 г.к. 30 89

Ф + ИМ 1,0 г.к. 32 91

Ф + ИМ 2,0 г.к. 31 90

Ф + ИМ 5,0 г.к. 26 85

Ф + МШ 0,5 г.к. 33 87

Ф + МШ 1,0 г.к. 29 88

Ф + МШ 2,0 г.к. 33 87

Ф + МШ 5,0 г.к. 20 74

Ф + ККК 0,5 г.к. 27 81

Ф + ККК 1,0 г.к. 22 84

Ф + ККК 2,0 г.к. 31 89

Ф + ККК 5,0 г.к. 27 82

Ф + ЗШО 0,25 г.к. 25 82

Ф + ЗШО 0,5 г.к. 26 90

Ф + ЗШО 0,75 г.к. 32 92

Ф + ЗШО 1,0 г.к. 29 86

Анализ гранулометрического состава в нашем исследовании (табл. 2) показал, что 60% и более механических элементов приходится на фракцию крупной пыли (0,05-0,01 мм). Известно, что илистая фракция играет ведущую роль в формировании почвенного плодородия. Физико-химические, водно-физические, химические

процессы, протекающие в почве, зависят от минералогического и химического состава илистой фракции. Чем больше в почве илистых частиц, тем богаче она по химическому и минералогическому составу, тем потенциально более плодородна (Муха, Картамышев, Муха, 2004 г.). Известкование способствует увеличению илистой фракции с 7,7% на фоне до 10-12%, что способствует повышению плодородия почвы. Содержание физической глины возрастает с 22,3 до 23-25%. Необходимо отметить, что нетрадиционные агрохимикаты по эффективности не уступали ИМ.

Исследование микроагрегатного состава показало, что при известковании происходило снижение содержания крупной пыли по сравнению с контролем за счет агрегирования ее в более крупных фракциях. При этом возрастает содержание агрономически ценных агрегатов размером 1-0,25 мм. Наибольшее влияние на микроагрегатный состав оказывала доза 2 г.к., повышение ее до 5 г.к. нес-

2. Гранулометрический состав дерново-подзолистой почвы при внесении известковых материалов

Вариант Размер механических элементов

1-0,25 0,25-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 0,005-0,001 <0,001 <0,01

Фон - №^30^0 2,1 8,8 66,8 6,9 7,7 7,7 22,3

Ф + ИМ 0,5 г.к. 2,2 10,9 62,5 8,0 5,8 10,0 23,8

Ф + ИМ 1,0 г.к. 2,1 10,0 63,0 6,8 8,0 11,1 25,9

Ф + ИМ 2,0 г.к. 2,1 9,8 63,4 6,2 6,5 12,1 24,7

Ф + ИМ 5,0 г.к. 2,0 10,3 63,0 5,9 7,6 11,2 24,7

Ф + МШ 0,5 г.к. 1,6 11,2 62,0 5,0 8,2 12,0 25,2

Ф + МШ 1,0 г.к. 1,8 11,9 61,2 7,1 7,5 10,5 25,1

Ф + МШ 2,0 г.к. 2,4 8,9 63,8 5,3 9,0 10,6 24,9

Ф + МШ 5,0 г.к. 2,8 10,1 61,7 4,6 8,6 12,3 25,5

Ф + ККК 0,5 г.к. 1,6 7,1 67,5 5,7 5,8 12,3 23,8

Ф + ККК 1,0 г.к. 2,0 11,4 62,0 5,6 8,0 11,1 24,7

Ф + ККК 2,0 г.к. 1,9 13,0 61,9 6,2 9,2 7,8 23,2

Ф + ККК 5,0 г.к. 1,7 12,0 60,6 6,5 9,0 10,2 25,7

Ф + ЗШО 0,25 г.к. 1,6 12,4 60,6 9,5 4,5 11,4 25,4

Ф + ЗШО 0,5 г.к. 1,6 9,2 63,6 6,6 8,4 10,6 25,6

Ф + ЗШО 0,75 г.к. 1,6 14,0 60,2 7,1 6,5 10,6 24,2

Ф + ЗШО 1,0 г.к. 2,3 13,1 59,3 8,0 7,2 10,1 25,3

колько снижало эффективность химмелиоранта. В известкованных вариантах практически отсутствует неагре-гированный ил. Для ЗШО не отмечено четко выраженных закономерностей, что может быть связано как с низким содержанием в нем кальция, так и с неравномерным перемешиванием с почвой из-за его низкого удельного веса.

Агрономически ценной является только структура, обеспечивающая плодородие почвы. Оптимальные условия водного и воздушного режимов создаются в почвах с мелкокомковатой и зернистой структурой, т.е. комочками диаметром от 0,25 до 10 мм (Вадюнина, Корчагина, 1986; Муха, Картамышев, Муха, 2004). Исследование макроагрегатного состава показало, что сумма агрономически ценных макроагрегатов возрастает прямо пропорционально дозе химмелиорантов (рис. 1). Влияние МШ и ЗШ было наибольшим, что может быть связано с присутствием в них не только кальция, но и больших количеств кремния, который очень важен в формировании агрофизических свойств

ние агрономически ценных макроагрегатов

Рис. 2. Влияние химмелиорантов на коэффициент структурности

почвы (Самсонова, 2005). Плодородие почв среднего и тяжелого гранулометрического составов определяется их структурным состоянием. Коэффициент структурности -важный показатель оструктуривания почвы. Его определяют как отношение агрегатов диаметром 0,25-10 мм к массе агрегатов >10 мм и <0,25 мм (Бегей, 1991). С увеличением доз известковых материалов он имеет тенденцию к росту с 1,8 до 2,7, что свидетельствует об улучшении оструктуренности почвы (рис. 2.). Для ЗШО эта зависимость имеет экстремальный характер с максимумом при дозе 0,75 г.к.

Результаты исследований А. Д. Воронина (1986), В.М. Сорочкина (1991), В.Д. Мухи, Н.И. Картамышева, Д.В. Мухи (2004) показывают, что агрегаты крупнее 5 мм неводоустойчивы и распадаются на фрагменты. За исключением незначительного увеличения объема очень крупных пор физические свойства практически не меняются с изменением размера агрегатов крупнее 5 мм, а сами агрегаты характеризуются незначительной прочностью и слабой водоустойчивостью. Наилучшие водно-

3. Влияние известковых материалов и их доз на строение пахотного слоя дерново-подзолистой почвы

Вариант Дозы по Нг Объем твердой фазы, % Пористость, % Плотность, г/см3

общая капиллярная аэрации

Фон - ^0Р 30К30 0 48,5 51,5 38,0 13,5 1,27

Ф + ИМ 0,5 г.к. 0,5 47,2 52,8 37,3 16,5 1,24

Ф + ИМ 1,0 г.к. 1,0 47,7 52,3 37,8 14,5 1,23

Ф + ИМ 2,0 г.к. 2,0 48,0 52,0 38,6 13,4 1,24

Ф + ИМ 5,0 г.к. 5,0 46,6 53,4 39,3 14,1 1,21

Ф + МШ 0,5 г.к. 0,5 46,8 53,2 39,6 13,6 1,26

Ф + МШ 1,0 г.к. 1,0 45,4 53,6 39,1 14,5 1,25

Ф + МШ 2,0 г.к. 2,0 46,1 53,9 37,4 16,4 1,24

Ф + МШ 5,0 г.к. 5,0 45,4 54,6 37,4 17,2 1,22

Ф + ККК 0,5 г.к. 0,5 47,3 52,7 34,8 17,9 1,23

Ф + ККК 1,0 г.к. 1,0 48,0 52,0 39,4 12,6 1,22

Ф + ККК 2,0 г.к. 2,0 46,0 54,0 37,8 16,2 1,21

Ф + ККК 5,0 г.к. 5,0 46,0 54,0 39,0 15,0 1,20

Ф + ЗШО 0,25 г.к. 0,25 48,6 51,4 38,5 12,9 1,29

Ф + ЗШО 0,5 г.к. 0,5 48,3 51,7 37,5 14,2 1,28

Ф + ЗШО 0,75 г.к. 0,75 47,8 52,2 36,3 15,9 1,27

Ф + ЗШО 1,0 г.к. 1,0 49,2 50,8 41,6 9,2 1,25

Однако не всякая водопрочная структура агрономически ценна. Важно, чтобы водопрочные агрегаты имели рыхлую упаковку, были пористые и обладали способностью легко воспринимать воду, чтобы в их поры легко проникали корневые волоски и микроорганизмы (Кауричев, Панов, Розов и др., 1989 г.). Поэтому мы исследовали пористость, плотность и объем твердой фазы (табл. 3).

Установлено, что изменение структурного состава дерново-подзолистой почвы при внесении всех известковых материалов обусловило наиболее благоприятное строение пахотного слоя. Пористость служит важным показателем водно-воздушного режима. Наиболее благоприятна для сельскохозяйственных культур пористость, составляющая 50-60% общего объема почвы (Бегей, 1991). В наших опытах общая пористость на фоне составляла 51,5%. При внесении известковых материалов она повышалась пропорционально дозе химмелиоранта до 53-54%, т.е. была оптимальной.

Все известковые материалы снижали объем твердой фазы. Плотность почвы при этом незначительно снижалась, оставаясь в оптимальных пределах, которые для яровых зерновых на дерново-подзолистой суглинистой почве составляют 1,15-1,39 г/см3 (Кулаковская, Кнашис, Богдевич и др., 1984).

Таким образом, все химмелиоранты положительно влияли на агрофизическое состояние почвы; нетрадиционные химмелиоранты не уступали по эффективности известняковой муке; влияние известковых материалов на микроагрегатный состав почвы имеет экстремальный характер с максимумом на дозе 2 г. к. Присутствие кремния в составе МШ и ЗШ повышало их эффективность в процессе оструктуривания почвы. Для улучшения перемешивания ЗШ с почвой может быть рекомендовано его гранулирование.

: I "

Рис. 3. Влияние химмелиорантов на содержание агрегатов с размерами от 0,25 до 5 мм

воздушные свойства создаются при размере комков для дерново-подзолистых суглинков 0,25-5 мм.

При содержании водопрочных агрегатов от 40 до 60% водопрочность оценивается как хорошая (Кузнецова, 1979; Вадюнина, Корчагина, 1986). В наших исследованиях содержание этих макроагрегатов во всех случаях было выше 40%, а при применении известняковой муки и карбоната кальция конверсионного возрастало пропорционально дозе мелиоранта (рис. 3). Но в случае использования шлаков эта закономерность не соблюдалась. Возможно, полученный нами ранее эффект увеличения суммы агрономически ценных агрегатов с размерами от 0,25 до 10 мм при применении МШ в большей степени был связан не с увеличением прочности агрегатов, а с увеличением содержания крупных фракций из-за эффекта пескования почвы гранулированным металлургическим шлаком.