Формирование физико-химических свойств пахотных почв лесостепи центрального Черноземья и пути (стр. 7 из 11)
Рис. 10. Интенсивность высвобождения кальция (Ca мг/100г) из лессовидного суглинка в зависимости от кислотности раствора (НCL) и соотношения масс (1:20, 1:50)
Установлено, что при прочих равных условиях из лессовидного суглинка извлекается в среднем в 2,6 раза большее количество кальция. Расширению соотношения порода: раствор соответствовал пропорциональный рост ∆Ca.
Величина (m) воспроизводится при различных соотношениях: 0,52-для лессовидного суглинка и 0,74-0,88 для глинистого сланца, что может характеризовать сочетание минералов в составе почвообразующей породы.
В целом отсюда следует, что интенсивность высвобождения ионов щелочноземельных металлов в почве имеет конечные и вполне конкретные величины, поскольку определяется свойствами минеральной части.
Параметры кислотно-основного статуса почв
Динамическое равновесие между твердой и жидкой фазами почв при условии постоянства режимов и количества материальных носителей ППК подразумевает, что в многолетнем цикле баланс оснований в ограниченной системе «ППК ↔ почвенный раствор» близок к нулевому. Отсюда следует, что количество теряемых при инфильтрации оснований (∆Саinf) скомпенсировано их количеством, высвободившимся из минеральной части: ∆СаM= ∆Саinf. Согласно уравнению кинетики среднегодовое количество высвобождающихся из минеральной части оснований соответствует следующему выражению:
∆СаM(t=1) = СаM (1- e-k) (30)
Миграционная способность (РСам) характеризуется частью атомов, которая перешла в подвижное состояние относительно их общего содержания в исследуемом объекте (∆СаM / СаM) в единицу времени (Перельман, 1961).
Поскольку величины констант (k) значительно меньше единицы (k < 0.1), то миграционная способность оснований приближенно равна константе их высвобождения, зависящей от рН (РСа м ≈ k):
(31)Миграционная способность оснований, контролируемая равновесием системы «ППК- почвенный раствор» (РСа inf ), соответствует отношению количества среднегодовых потерь с инфильтрацией (∆Саinf) к их общему количеству для контролируемого слоя почвы (СаM):
, (32)где К – коэффициент пропорциональности, а – параметр влияния рН, характерный для почв (0.5, 0.61 по ур. 23, 24); J-среднегодовой сток (мм).
Из тождества величин (
) следует, что уровень устанавливающейся величины рН имеет выражение :рН = (а + m)-1 (ln(CaM)- ln(J) + с), (33)
где свободный член (с) объединяет условно постоянные величины (К) и (А) для конкретных условий.
Равновесное значение рН в общем случае прямо зависит от содержания щелочноземельных металлов в валовом составе почв и снижается с ростом величин среднегодовой инфильтрации влаги. Степень влияния этих величин определяется свойствами почвообразующей породы, через величину (m), и свойствами ППК – через величину (а), характеризующую степень влияния рН на равновесие в системе «ППК - почвенный раствор».
Для почв близкого или одного состава это выражается в следующем виде:
рН = D - α ln(J) , (34)
где D – свободный член уравнения; α=(а + m)-1 – параметр влияния твердой фазы почв, не содержащих карбонаты в пахотном слое.
В пределах Курской области повышение увлажнения территорий в сочетании с облегчением механического состава почвообразующих пород в северо-западных районах способствует формированию почв с повышенной кислотностью – серых лесных и черноземов оподзоленных. В юго-восточной части при меньшей увлажненности и более тяжелом механическом составе формируются почвы, близкие к нейтральным, и нейтральные – черноземы выщелоченные и типичные. При прочих равных условиях более тяжелым почвам соответствует меньшая кислотность (рис. 11).
Рис. 11. Средние уровни рН почв, формирующихся в зависимости от гидротермических условий и грануло-метрического состава
Оценка зависимости кислотности почв от стока влаги (J, мм) показала более тесную связь для групп по механическому составу, поскольку гранулометрический состав почв тесно связан с минералогическим:
в целом по Курской области: рНKCL = 8,78-0,77·ln(J), r=0,77;
для тяжелосуглинистых почв: рНKCL = 9,49-0,98·ln(J), r=0,80;
по группам почв разного гранулометрического
состава: рНKCL = 8,55-0,70·ln(J), r=0,99.
Коэффициент регрессионного уравнения для тяжелосуглинистых почв на лессовидных суглинках соответствует расчетному значению по установленным значениям показателей (уравн. 24, рис. 10): α = (а + m)-1 = (0,5 + 0,52)-1 = 0,98.
Экстраполяция расчетных величин рН для условий с непромывным водным режимом соответствует нейтральной реакции почвенной среды.
Таким образом, почва представляет собой самоорганизующуюся систему, что при неизменности условий и системообразующих режимов обеспечивает установление равновесных состояний и характерные интервалы величин кислотности почв (рис. 12). .
6. Известкование как способ оптимизации свойств почв и повышения продуктивности культур
Чернозем типичный, залегающий на склонах северной экспозиции, блока «плодородие» многофакторного полевого опыта ВНИИЗ и ЗПЭ близок по своим характеристикам к черноземам выщелоченным (рН KCL =5.3 – 5.6). Известняковую муку в дозе 2 т/га вносили при подъеме зяби под посев сахарной свеклы, а удобрения - под каждую культуру и в соответствующих дозах. Среднегодовой сбор зерновых единиц по ротациям севооборота на контроле для условий черноземных почв достигал среднего уровня – 35,3 -38,6 ц/га з.ед.. Удобрения в сочетании с мелиорацией повышали среднегодовую продуктивность севооборотной площади на 25 % - до 44,3 ц/га з.ед. Насыщение севооборота известью из расчета 0,5 т/га на гектар севооборотной площади обеспечивало прирост зерновых единиц в среднем 2,6 ц/га. Зависимость продуктивности (ц з.е./га) от исследуемых факторов описывается уравнением линейной регрессии :
у = 36,4 + 0,17х1 + 0,025х2 + 1,75х3; r = 0,98
где х1, х2, х3 - соответственно органические (т/га), минеральные (кг д.в. NPK /га) удобрения и известь (т/га).
Доля вклада органических, минеральных удобрений и известкования в продуктивность севооборота составляет 24, 66 и 10 % . При этом основной эффект от известкования обеспечивался урожаем сахарной свеклы (ц/га):
у = 336 + 0,35х1 + 0,074х2 + 5,13х3; R = 0,94
Доля вклада органических, минеральных удобрений и известкования в повышение урожайности сахарной свеклы составляет 25, 59 и 16 %. При урожае на контроле 275 – 370 ц/га прибавка урожая от известкования на неудобренном фоне в среднем составляла 37 ц/га или 11,5 %. Положительное ежегодное действие извести на урожай зерна ячменя в большей степени проявлялось на фоне применения минеральных удобрений (0,5- 0,8 ц/га). Прирост урожая зерна озимой пшеницы от известкования составлял 1,0-2,1 ц/га, что сопоставимо с размерами эффекта от последействия второго года органических удобрений (1,0-2,0 ц/га).
Результаты анализа свойств почв по ротациям как в системе разных севооборотов (6 ротаций, поле 2), так и в зернопаропропашном севообороте (поле 1 и 2) использовались для выявления средних изменений за длительный срок наблюдений. В соответствии с уравнениями регрессии (r= 0.74 - 0.98) были определены удельные изменения показателей плодородия пахотного слоя чернозема типичного на склоне северной экспозиции (табл. 12).
Таблица 12. Удельные изменения свойств чернозема типичного под влиянием агротехнических факторов (1988 - 2008гг)
| Свойства | Факторы | ||||||
| 10 %трав | Известь,1 т/га | NPK,100 кг д.в./га | Навоз,10 т/га | ||||
| Cев-тА, В, С | ЗПП | Cев-тА, В, С | ЗПП | Cев-тА, В, С | ЗПП | ||
| Гумус, % | +0,063 | - + 0,36 | +0,05 - | +0,10 +0,07 | |||
| рН | +0,08 | +0,63 +0,64 | -0,056 -0,06 | +0,09 +0,01 | |||
| Hг, мэкв/100г | -0,12 | -1,71 -1,61 | +0,18 +0,17 | - - | |||
| Ca+Mg,мэкв/100г | +0,18 | +0,90 +1,77 | -0,12 -0,22 | - - | |||
| Nщг., мг/100г | +0,32 | +1,0 +2,0 | +0,2 +0,1 | +0,7 +1,0 | |||
| Р2О5, мг/100г | - | +1,9 +3,7 | +1,4 +1,2 | - +1,0 | |||
| Р2О5, мг/л | +0,01 | +0,13 +0,08 | +0,06 +0,06 | - +0,08 | |||
| К2О, мг/100г | -0,31 | -1,7 -0,8 | +0,5 +0,5 | +0,3 +1,0 | |||
| К2О, мг/л | -0,13 | -0,45 -1,06 | +0,30 +0,33 | +0,14 +0,53 | |||
Установлено, что если эффект от действия минеральных удобрений на содержание гумуса является наименее устойчивым в зависимости от местоположения как по величине, так и по знаку (от -0,38 до +0,17 % содержания гумуса), то органические удобрения повышали содержание гумуса на 0,12 -0,13 %. При этом самое значительное действие на содержание гумуса в наиболее напряженном по антропогенной нагрузке (по доле пара и пропашных) севообороте имело внесение извести +0,33, +0,40 %. Отмечено положительное взаимодействие минеральных удобрений и известкования. В целом по севооборотам действие извести на содержание гумуса было менее достоверным, где основным фактором выступает доля трав в структуре севооборота. Самые значительные изменения физико-химических показателей в системе оценок «известкование - минеральные удобрения - органические удобрения» наблюдались от известкования (48 - 89 %). На минеральные удобрения приходилось 4-33 % влияния, что примерно в 1,5-2 раза ниже, чем положительное действие извести. Вклад органических удобрений, ввиду сочетания с такими мощными факторами, был менее значительным.