Роль свойств почв в формировании урожайности сельскохозяйственных культур

Экология Брянской области

Экология Брянской области

Влияние уровня плодородия почв на урожайность сельскохозяйственных культур и накопления 137CS

Н. М. Белоус, д. с.-х. н., профессор, Брянская государственная сельскохозяйственная академия.

Исследователи по-разному оценивают роль гумуса в формировании урожая сельскохозяйственных культур. Так, одни [1-2] указывают на то, что между содержанием гумуса в почве и урожайностью сельскохозяйственных культур существует прямая зависимость, другие исследователи такую зависимость отрицают [3].

Однако А.Д. Хлыстовский и др. (1979) в своих исследованиях не установили такой прямой зависимости, а Н.Ф. Ганжара, В.А. Васильев [4] отмечают, что применение удобрений сглаживает различия в урожайности сельскохозяйственных культур на почвах с разным содержанием гумуса.

В исследованиях Моисеенко Ф.В. на Новозыбковской государственной сельскохозяйственной опытной» станции ВНИИА на дерново-подзолистой песчаной почве установлено, что уровень содержания гумуса в почве оказывает влияние на повышение урожайности всех культур, возделываемых в севообороте (табл. 1). Самая высокая урожайность зеленой массы люпина 178 ц/га, зерна ячменя 9,4 ц/га получена на дерново-подзолистой песчаной почве при содержании гумуса 1,91%, а зеленой массы сераделлы 193 ц/га, клубней картофеля 157 ц/га, зерна овса 15,0 ц/га, зерна озимой ржи 19,2 ц/га, при содержании гумуса в почве — 1,99%. Наиболее отзывчивы на содержание гумуса в почве картофель, овес, слабее серадедпа и озимая рожь и очень слабо люпин и ячмень, то есть для каждой культуры существует свой оптимальный уровень его содержания в почве.

В работах Шевцовой Л.К. и др. [5], обобщающих результаты длительных опытов на дерново-подзолистых почвах установлено, что оптимальным уровнем содержание гумуса на этих почвах является 2-2,1 %. (1,2 % углерода). Кулаковская Т.Н. [6] для суглинистых почв считает оптимальным 2,5-3 %, гумуса, для легких почв -1,8-2%, того же мнения придерживаются Смурыгин М.А., Алтунин Д.А. [7]. С увеличением содержания гумуса в почве усиливаются процессы его минерализации, для поддержания его высокого уровня требуются повышенные дозы органических удобрений, что экономически нецелесообразно [8]. Гумус является не только стражем плодородия почв, но и защитным биогеохимическим барьером в условиях антропогенного загрязнения почв [9].

Накопление растениями радионуклидов из почвы зависит от ее физико-химических свойств: как правило, чем выше в ней содержание гумуса, обменных катионов, илистых и глинистых фракций, а следовательно, и выше плодородие, тем слабее поглощение растениями большинства радионуклидов. Максимальные значения коэффициента перехода (Кп) радионуклидов в растения характерны для торфяных и легких по гранулометрическому составу (песчаные и супесчаные) дерново-подзолистых почв [10]. Коэффициент накопления радионуклидов в почве с высоким уровнем плодородия в среднем в 2 раза ниже, чем на менее плодородной [11].

Внесение фосфорно-калийного удобрения в дозах РбоКдо на обоих фонах приводит к снижению накопления Cs в 1,2-1,4 раза.

На поступление из почвы в растения радионуклидов и тяжелых металлов большое влияние оказывают физико-химические свойства почв [15-16].

На почвах лесного механического состава, имеющих низкое плодородие (невысокое содержание гумуса, низкое значение рН, малое содержание калия, фосфора) накопление радионуклидов в растениях самое высокое [10].

С повышением плодородия дерново-подзолистых песчаных почв накопление Cs в зеленой массе сераделлы понижается на 25% [17], в картофеле в 3,5, в ячмене — в 2,7, в сераделле с овсом в 1,6-2,2 раза [18] и чем больше разница в агрохимических показателях плодородия почвы в сторону их улучшения, тем значительнее снижение 137 Cs. В среднем по трехлетним данным коэффициент накопления у культур севооборота на высокоплодородной дерново-подзолистой песчаной почве в 2 раза меньше, чем на такой же почве, но низкоплодородной.

При применении одинаковых доз органических и минеральных удобрений коэффициент накопления на плодородной почве меньше, чем на низкоплодородной, в 1,4-2,3 раза в зависимости от биологических особенностей культуры [19].

Мнение ученых о степени влияния разных агрохимических показателей плодородия на уменьшение поступления 137Cs из почвы в растения довольно противоречивы. Так, Бондарь П.Ф., Юдинцева Е.В. [20] считают, что наибольшее влияние на снижение перехода 137Cs оказывает кислотность почвы и содержание калия в ней, а содержание гумуса, емкость поглощения практически не влияют. В условиях радиоактивного загрязнения сельскохозяйственных угодий одной из задач является обоснование оптимальных уровней плодородия почвы, обеспечивающих максимально возможный эффект снижения накопления радионуклидов в продукции. Для решения этой задачи нами были проведены исследования по оценке эффективности уровня плодородия почвы на повышение урожайности сельскохозяйственных культур и снижения уровня загрязнения получаемой продукции растениеводства (табл.4).

Проведенными исследованиями на Новозыбковской государственной сельскохозяйственной опытной станции ВНИИА установлено, что повышение содержания гумуса в дерново-подзолистой песчаной почве от минимального 1,23% до 1,99% сопровождается снижением содержания Cs в зеленой массе люпина — в 2,3 раза, в клубнях картофеля — 2,0, в зерне овса — 1,6 , в зеленой массе сераделлы — 2,1 , в зерне озимой ржи — 1,6 , в зерне ячменя- в 1,3 раза. По данным исследований можно сделать выводы, что для получения зеленой массы люпина с содержанием Cs менее 370 Бк/кг в отдаленный период после аварии достаточно гумуса 1,23%.

Содержание 137 Cs в клубнях картофеля было значительно ниже требований СанПиН 2.3.2.560-96. Это обусловлено тем, что картофель слабо накапливает радионуклиды в силу биологических особенностей. Содержание в почве гумуса 1,2 %, К2О — 3 мг и Р2 О5 — 18 мг /100г почвы можно считать для картофеля оптимально обеспечивающим получение нормативно чистой продукции, но при этом уровне плодородия урожайность клубней картофеля очень низкая — 65 ц/га.

Содержание Cs в зерне овса значительно превышало допустимый уровень -70 Бк/кг. За годы исследований содержание 137 Cs ниже допустимых уровней наблюдалось в 1998, 2001, 2002 годах при содержании гумуса в почве 1,91-1,99% (44-62 Бк/кг). Стабильное получение нормативно чистого зерна в данном опыте невозможно даже при содержании в почве гумуса 2%, КгО 10 мг и мг Р2О5 42,7 на 100 г. почвы и внесения 90 кг/га калия. Для гарантированного получения чистого зерна овса при указанном уровне плодородия необходимо вносить калийные удобрения в дозах. Среднее содержание 137Cs на этом фоне составляет 53 Бк/кг. Содержание 7Cs в зерне озимой ржи резко понизилось после 1997 года по завершению перехода основной части 137Cs в труднодоступное для растений состояние.

Во все годы исследований начиная с 1998 года при содержании гумуса в почве 1,43 % содержание 137 Cs в зерне озимой ржи было меньше допустимых норм.

Заключительной культурой севооборота является ячмень. Ячмень из всех зерновых культур в зоне дерново-подзолистых песчаных почв накапливает минимальное количество 137 Cs, но и он реагирует на процессы фиксации радионуклидов почвой. С 1997 года началась стабилизация содержания радиоцезия в зерне ячменя при уровне содержания гумуса в почве 1,91 %. Хотя ячмень накапливает 137Cs значительно меньше других зерновжх культур, но гарантированное получение нормативно чистого зерна связано с определенными трудностями из-за короткого периода вегетации, биологических особенностей культуры, высокой требовательности к обеспеченности элементами питания, интенсивному их поглощению в период выхода в трубку — формирование зерна.

Гарантированное получение нормативно чистого зерна возможно при содержании в почве гумуса 1,91 %, КгО 9,6 мг и Р2О5 38,3 мг/100г почвы, что можно достигнуть внесением 90 кг/га калийных удобрений в сочетании с N90P60.

Многолетние комплексные почвенные агрохимические и радиологические исследования и практическая работа, позволили выдвинуть почвенную концепцию преодоления последствий техногенных загрязнений, в том числе и радиационных. Уменьшить риск изменения природной среды в результате радиоактивного загрязнения можно лишь путем повышения почвенного плодородия.

По данным Брянского Центра «Агрохимрадиология» в зоне радиоактивного загрязнения почв может быть оправданным поддержание более высокого уровня содержания гумуса в почве (2,5-3,5%) и других параметров плодородия, ведущих к созданию в почве условий, позволяющих снизить поступление радионуклидов в урожай сельскохозяйственных культур (табл. 5).

ФАКТОРЫ ФОРМИРОВАНИЯ УРОЖАЙНОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

Урожайность сельскохозяйственных культур – один из наиболее сложных показателей в системе АПК. В процессе всего периода выращивания на урожай воздействует бесчисленное количество факторов, которое условно можно разделить на две большие группы[5]:

Природные факторы объективны и не зависят от воли и деятельности людей. К ним относятся: естественное плодородие (качество) почв, рельеф территории, глубина залегания почвенных вод, продолжительность вегетационного периода, количество, ритмичность и интенсивность осадков, солнечных дней, температурный режим на протяжении периода вегетации и т.д. Природные (почвенно-климатические) условия, как объективные факторы формирования урожая сельскохозяйственных культур, коренным образом невозможно изменить, но некоторые из них можно скорректировать при умелом применении экономических факторов. Экономические условия создаются целенаправленной деятельностью людей и во многом определяются уровнем развития производительных сил общества. Совершенно очевидно, что высокий уровень развития производительных сил позволяет в значительной мере «компенсировать», например, низкое природное качество почв, сгладить излишнее переувлажнение или пополнить недостаток влаги в период активного роста и развития растений.

Экономические факторы формирования урожая непосредственно проявляются через уровень агротехники. В составе агротехнических мероприятий, дополняющих природные факторы и способствующих росту урожая сельскохозяйственных культур, важнейшими являются следующие: внесение известковых материалов, зяблевая обработка почв, внесение органических и минеральных удобрений, предпосевная (предпосадочная) обработка почвы, сорта сельскохозяйственных культур, предпосевная (предпосадочная) обработка семенного материала, сроки и продолжительность высева (посадки) семян, междурядная обработка посевов, сроки и интенсивность орошения, сроки и продолжительность прополки и обработки посевов против вредителей и болезней, сроки и продолжительность уборки урожая, сроки и продолжительность первичной доработки урожая сельскохозяйственных культур.

Многообразие и неоднородность агротехнических мероприятий, нацеленных на повышение урожайности сельскохозяйственных культур, обусловили деление их на следующие группы [5,23]:

· вещественные вложения (известковые материалы, удобрения, семена, ядохимикаты, стимуляторы роста, влагообеспечение и т.д.);

· агротехнические работы (обработка почвы, доставка и внесение в почву известковых материалов, удобрений, ядохимикатов, посев (посадка), междурядная обработка посевов, уборка урожая и т.д.).

Статистическое изучение многих факторов формирования урожая сельскохозяйственных культур затрудняется тем, что точная информация об их влиянии в текущем учете и отчетности сельскохозяйственных организаций не предусмотрена. Так, если данные о качестве почв (балльной оценке) приводятся в земельно-учетных документах, то температурный режим на протяжении вегетационного периода в документах сельскохозяйственных организаций не регистрируется. Для восполнения этого недостатка обычно пользуются информационными услугами специализированных (агрометеорологических, гидрологических и др.) организаций.

Влияние каждого отдельно взятого фактора на урожайность сельскохозяйственных культур может быть выявлено с помощью различных методов[5,23].

· Постановка специальных, так называемых «чистых» опытов, где элиминируется (исключается) влияние всех других факторов, кроме изучаемого. Этот метод широко распространен в агрономической науке и практике; статистика же таких опытов обычно не ставит.

· Применение приема простой аналитической группировки по изучаемому факторному признаку. С этой целью необходимо привлечь массовую (большую) выборку сельскохозяйственных организаций или хозяйств со сходными условиями, но имеющих существенные различия по изучаемому фактору. При этом предполагается, что многочисленность единиц выбранного объекта обеспечивает нивелировку (сглаживание) различий среди сходных условий, что и приближает результаты аналитической группировки к результатам постановки «чистого» опыта. Кроме того, существенность влияния изучаемого фактора на урожайность необходимо подтвердить применением дисперсионного приема[16].

· Применение приема парной корреляции. Условия те же, что и при проведении аналитической группировки. Полученные корреляционные отношения, коэффициенты пропорциональности, эластичности укажут на количественную меру зависимости урожайности от изучаемого фактора[16].

Выявление влияния отдельно взятых факторов на урожайность с помощью статистических методов покажем на следующем примере. Допустим, имеются данные по 100 сельскохозяйственным организациям (СХО), занимающимся картофелеводством. Все СХО имеют сходные природно-экономические условия, но в картофелеводстве различаются между собой по числу междурядных окучиваний посадок картофеля. Необходимо обратить внимание на то, что своевременное и регулярное проведение окучиваний нацелено на поддержание почвы в рыхлом состоянии и уничтожение значительного количества сорной растительности, что в конечном счете способствует повышению урожайности картофеля.

В изучаемых СХО проводилось одно, двух -и трехкратное окучивание посадок картофеля. Для выявления влияния числа окучиваний на урожайность картофеля по данным 100 СХО был применен прием простой аналитической группировки, т.е. все СХО разделены на три группы. Результаты аналитической группировки приведены в табл. 3.7.

Т а б л и ц а 3.7. Влияние числа окучиваний на урожайность картофеля

Урожайности сельскохозяйственных культур

Значение удобрений в повышении плодородия почв и

Вопросы

Минеральное питание растений

5.1. Значение удобрений в повышении плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур.

5.2. Элементы минерального питания растений.

5.3. Классификация удобрений.

5.3.1. Органические удобрения.

5.3.2. Минеральные удобрения.

5.3.3. Бактериальные удобрения и ретарданты.

5.4. Способы и сроки внесения удобрений.

5.5. Экологические аспекты применения удобрений.

Удобрение, при достаточном увлажнении почвы, самое эффективное и быстродействующее средство повышения урожайности, поэтому в системе агротехнических мероприятий, направленных на повышение плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур, использование удобрений занимает одно из важнейших мест.

Научно обоснованное применение органических и минеральных удобрений, отвечающее местным, зональным особенностям, значительно увеличивает урожай всех культур и улучшает его качество. При рациональном внесении удобрений в растениях повышается содержание сахара, крахмала, жиров, белков и витаминов.

В нашей стране около половины всего прироста урожая сельскохозяйственных культур обеспечивает применение удобрений. В Нечерноземной зоне с низким естественным плодородием почв при достаточной влагообеспеченности, внесение удобрений дает 75 % прироста урожая.

По данным полевых опытов агрохимической службы России, прибавка урожайности от внесения минеральных удобрений составляет в т / га:

— озимой пшеницы – 0,49 — 1,27;

— озимой ржи – 0,48 — 1,08;

— ярового ячменя – 0,32 — 1,29;

— кукурузы на зерно – 0,65 — 2,0;

— картофеля – 4,9 — 9,1;

— сахарной свеклы – 5,0 — 14,4;

— кукурузы на силос – 2,3 — 18,1;

— естественных трав на сено – 0,6-3.

Интенсивное земледелие, обеспечивая высокую урожайность, способствует выносу питательных веществ из почвы и минерализации гумуса. Регулирование этого процесса возможно только при достаточном внесении удобрений, которые являются основным инструментом в регулировании питательного режима почвы.

Оптимизация питательный режима почвы достигается с помощью внесения органических и минеральных удобрений, которые:

1. Пополняют запасы питательных веществ почве;

2. Создают оптимальные условия для обеспечения жизнедеятельности почвенных микроорганизмов и бактерий;

3. Активизируют использование выработанных растениями и микроорганизмами питательных веществ;

4. Способствуют формированию водопрочной структуры, оптимизации водно-физических свойств в корнеобитаемом слое почвы;

5. Оптимизируют уровень кислотности почвенного раствора, тем самым, создавая условия для наилучшего усвоения растениями питательных веществ.

В 80-е годы около 60 % питательных веществ вносилось в почву с минеральными удобрениями. Применение органических удобрений ежегодно составляло более 4 т на 1 га, с ними поступала почти половина питательных веществ.

В 90-е годы внесение органических удобрений сократилось более чем в 5 раз, а минеральных – в 10. Дефицит гумуса достиг 0,52 т на 1 га пашни, потребность в навозе для покрытия такого дефицита составляет 6,5 т/га.

В связи с этим, одной из важнейших задач земледелия на ближайшую перспективу является восстановление объемов производства и применения минеральных и органических удобрений.

Источники:

https://libryansk.ru/formatarticle.20536/
https://infopedia.su/3×9964.html
https://studopedia.ru/2_21483_urozhaynosti-selskohozyaystvennih-kultur.html