Гумусное состояние дерново-подзолистых почв Предуралья при
advertisement
1 На правах рукописи Завьялова Нина Егоровна ГУМУСНОЕ СОСТОЯНИЕ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ ПРЕДУРАЛЬЯ ПРИ РАЗЛИЧНОМ ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИИ И ДЛИТЕЛЬНОМ ПРИМЕНЕНИИ УДОБРЕНИЙ И ИЗВЕСТИ Специальность 06.01.04 - агрохимия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук Москва – 2007 2 Работа выполнена в Государственном учреждении Пермский научноисследовательский институт сельского хозяйства Научный консультант: доктор биологических наук, профессор Официальные оппоненты: Доктор сельскохозяйственных наук, профессор Шевцова Людмила Константиновна Мерзлая Генриетта Егоровна Доктор сельскохозяйственных наук Фрид Александр Соломонович Доктор биологических наук, профессор Никитишен Владимир Иванович Ведущее учреждение: ГНУ Всероссийский научно-исследовательский конструкторский и проектнотехнологический институт органических удобрений и торфа (ВНИПТИОУ) Защита состоится «25» октября 2007 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д.006.029.01 при ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им. Д.Н. Прянишникова. Адрес: 127550, Москва, И-550, ул. Прянишникова, д.31а, диссертационный совет Д.006.029.01. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова Автореферат разослан “____” ______________ 2007 года Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, можно присылать по адресу: 127550, Москва, И-550, ул. Прянишникова, д.31а Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук С.И. Цыганок 3 Общая характеристика работы Актуальность темы: Проблема органического вещества почв, начиная с работ В.В.Докучаева, П.А.Костычева и Н.М.Сибирцева занимает одно их центральных мест в почвоведении в целом и в агрономической науке, в частности. Наше поколение с огромным интересом читает научные труды и с большой благодарностью использует в своей работе результаты исследований органического вещества почвы таких ученых - классиков, как Ваксман (1937), И.В Тюрин. (1937), М.М.Кононова (1951, 1963), В.Р.Волобуев (1963, 1968, 1973), В.В.Пономарева., Т.А. Плотникова (1980), Д.С. Орлов (1974, 1990), Л.Н.Алек-сандрова (1980) и др. В настоящее время исследованию состава и свойств гумуса посвящены труды М.И.Дергачевой (1984), К.В.Дьяконовой (1990), Р.Тейта (1991), Н.Кёршенса (1992), В.А. Черникова (1973-2002), А.М. Лыкова (2004) и др., где предлагаются различные методы и подходы к изучению гумусного состояния, которые наряду с углубленной характеристикой химической структуры и свойств гумусовых веществ дают представление об агрономическом значении отдельных компонентов органического вещества. Особый интерес представляют методы, позволяющие в пределах одного типа почв выделить наиболее агрономически ценные составляющие гумуса, которые в качественном и количественном отношении достаточно чувствительны к условиям агротехники и оказывают существенное воздействие на продуктивность пашни. В Предуралье вопросам исследования гумусного состояния почв посвящены работы Л.К.Юферовой (1969), В.П.Дьякова (1971), Н.Я.Таракановой (1985), С.И. Поповой (1970-1990 ). Однако на сегодняшний день нет единого подхода к решению проблемы оптимизации гумусного состояния пахотных почв, не разработаны оптимальные параметры содержания и качественного состава гумуса при разном уровне интенсификации сельскохозяйственного производства, обеспечивающие получение высоких и стабильных урожаев при эффективном использовании органических и минеральных удобрений. Решение существующих проблем возможно только при проведении систематических исследований в длительных полевых опытах, которые являются фундаментальной базой для изучения воздействия сельскохозяйственного использования земель на плодородие почв, стабильность урожаев сельскохозяйственных культур и окружающую среду. Цель работы: изучить влияние длительного воздействия различных способов землепользования, удобрений и извести на содержание, состав и свойства гумуса и определить оптимальные параметры гумусного состояния дерново-подзолистых тяжелосуглинистых почв Предуралья, обеспечивающие получение максимальной продуктивности пашни при эффективном использовании различных систем удобрения. Задачи исследований: изучить динамику содержания и запасов гумуса 4 дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы при различном землепользовании и длительном применении удобрений и извести; сформировать электронную базу данных на основе информации многолетних опытов Пермского НИИСХ за весь период их проведения (2532 года ) по основным параметрам, влияющим на баланс и трансформацию углерода почвы; выявить влияние способов землепользования, удобрений и извести на распределение органического углерода и биогенных элементов по профилю почвы; изучить влияние способов землепользования, удобрений и извести на содержание инертных и активных компонентов в составе гумуса; исследовать фракционно-групповой состав гумуса дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы; выделить препаративно и исследовать состав и молекулярную структуру гуминовых кислот дерново-подзолистой почвы на основе элементного состава, метода ИК-спектроскопии и дифференциальнотермогравиометрического анализа; изучить биологическую активность дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы при различном землепользовании, внесении удобрений и извести; определить оптимальные параметры гумусного состояния пахотных дерновоподзолистых тяжелосуглинистых почв Предуралья, на основе анализа взаимосвязи комплекса основных агрохимических и биологических показателей, с урожаем сельскохозяйственных культур и продуктивностью пашни; верифицировать модель динамики и баланса гумуса (Roth –C) (Ротамстедская опытная станция) на информационной базе длительных опытов Пермского НИИСХ для прогноза изменения уровня содержания гумуса при использовании различных агротехнологий. Научная новизна исследований. Впервые в условиях Предуралья проведены комплексные исследования гумусного состояния дерновоподзолистой тяжелосуглинистой почвы: изучена многолетняя динамика содержания гумуса; для пахотных дерново-подзолистых почв данной территории установлен минимальный уровень гумуса (Сmin), равный 0.78 ± 0.01% С и максимальный – 1,42 + 0,03% С; в условиях естественного гумусообразования (многолетняя залежь) - 1.29 ± 0.03% С; установлена область необходимого содержания трансформируемого органического вещества (Сtrans), позволяющая получать максимальный урожай культур при эффективном использовании удобрений; изучено распределение органического углерода, биогенных элементов и фракций механического состава по профилю. Определены запасы гумуса и азота в метровом слое почвы; исследован фракционно-групповой состав гумуса; 5 исследовано влияние длительного применения различных способов землепользования, удобрений и извести на интенсивность протекания биологических процессов в почве; установлены взаимосвязи между качественным составом гумуса, продуктивностью севооборота и биологической активностью почвы; впервые изучен элементный состав и молекулярная структура препаративновыделенных гуминовых кислот дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы Предуралья при длительном применении различных агротехнологий; сформулировано положение об агрономически оптимальной структуре макромолекул гуминовых кислот, которая характеризуется, с одной стороны, устойчивостью к чрезмерной микробиологической деструкции, а с другой – активным участием в круговороте углерода и определены условия ее формирования; проведена верификация динамической модели Roth–C баланса и трансформации углерода на основе информационной базы данных длительных опытов Пермского НИИСХ, которая позволяет составить прогноз изменения уровня содержания углерода в почве на 200 лет; установлены оптимальные параметры гумусного состояния пахотных дерново-подзолистых тяжелосуглинистых почв Предуралья, соответствующие экономическим и экологическим критериям и принципам устойчивости почв. Практическая значимость. Положения и выводы диссертации о критическом минимальном уровне содержания гумуса и диагностические параметры гумусного состояния пахотных почв могут быть использованы при проведении мониторинговых исследований и разработке концепции сохранения и повышения плодородия пахотных дерново-подзолистых почв Предуралья, рекомендаций по эффективному применению различных систем удобрения. Основные положения, выносимые на защиту Теоретическое и экспериментальное обоснование процессов трансформации органического вещества пахотной дерново-подзолистой почвы в зависимости от длительного применения различных способов землепользования, удобрений и извести. Динамика и уровни стабилизации гумуса при применении различных способов землепользования и агротехнологий. Запасы гумуса и распределение органического углерода и биогенных элементов по профилю дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы. Оптимальные параметры количества, запасов и качества гумуса дерновоподзолистой тяжелосуглинистой почвы, позволяющие реализовать основные функции органического вещества и биоклиматический потенциал сельскохозяйственных культур. 6 Показатели фракционно-группового состава гумуса и направленность их изменений в зависимости от способов землепользования , систем удобрения и извести. Определение агрономически оптимальной молекулярной структуры гуминовых кислот и выявление агротехнических условий ее формирования. Оценка состояния биологической активности почв различного землепользования и её изменение при длительном применении систем удобрения. Предварительные оптимальные параметры гумусного состояния дерновоподзолистой тяжелосуглинистой почвы, отвечающие принципам экологической и экономической устойчивости почв на современном этапе проведения многолетних опытов. Верифицированная модель баланса и трансформации гумуса (Roth –C), позволяющая использовать электронную информационную базу данных длительных опытов для исследования дальнейших изменений уровня содержания гумуса при различном сельскохозяйственном использовании почвы. Апробация результатов исследований. Материалы диссертации использованы при составлении рекомендаций по методам воспроизводства почвенного плодородия, регулирования содержания и состава органического вещества (Пермь, 2005) и составляют основу сборника научных трудов Пермского НИИСХ «Агротехнологические аспекты адаптивно-ландшафтного земледелия и органическое вещество пахотных почв Предуралья», Пермь, 2006. Основные положения работы доложены на Всероссийской научнопрактической конференции «Совершенствование технологического и технического обеспечения производства и применения органических удобрений», Киров, 2002 г; на международных научно-практических конференциях: «Агротехнологические функции органического вещества почв и использование органических удобрений и биоресурсов в ландшафтном земледелии», Владимир, 2004; «Методы исследования органического вещества почв», Владимир, 2005; «Агроэкологическая эффективность применения средств химизации в современных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур», Москва, 2005; «Основные итоги и приоритеты научного обеспечения АПК Евро-Северо-Востока», Киров, 2005; на координационном совещании «Совершенствование систем земледелия Уральского региона», Екатеринбург, 2005; на III Всероссийской конференции «Гуминовые вещества в биосфере», С-Петербург,2005; на Международной научно-практической конференции «Агрохимические приемы повышения плодородия почв и продуктивность сельскохозяйственных культур в адаптивно-ландшафтных системах земледелия», Москва, 2006. Публикации. По материалам диссертации опубликовано 23 печатных работы общим объемом 12.95 п.л., в том числе: рекомендаций - 1, сборник научных трудов – 1. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, 5 разделов экспериментальной части, заключения, основных выводов и списка литературы. Работа изложена на … страницах, содержит 7 57 таблиц , 24 рисунка, 14 приложений. Список литературы включает 357 работ отечественных и 32 зарубежных авторов. В работу вошли результаты собственных исследований автора. Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность научному консультанту доктору биологических наук, профессору Л.К. Шевцовой за ценные советы и замечания при подготовке диссертации; заведующей отделом агрохимии и земледелия Пермского НИИСХ А.И.Косолаповой, ответственным исполнителям полевых опытов и соавторам публикаций Е.М.Митрофановой, В.Р.Ямалтдиновой, И.Д.Сосниной и работникам аналитической лаборатории Т.М.Костаревой, С.Н. Красильниковой, Е.Ф.Гарцевой за активную помощь и непосредственное участие в проведении полевых и лабораторно-аналитических работ. Объекты и методы исследований. Исследования проводили в трех длительных стационарных опытах, заложенных на дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве под руководством С.И. Поповой. Краткая характеристика опытов приведена в таблице 1. Агротехника соответствовала зональным рекомендациям. Учет урожая – сплошной поделяночный. Экспериментальная работа по оценке качественных и количественных изменений гумусного состояния дерново-подзолистых почв проводилась на базе аналитической лаборатории ПНИИСХ. Для проведения исследований в трех длительных опытах были отобраны почвенные образцы в 2001-2005 гг. после уборки урожая возделываемых культур. Отбор образцов проводили с трех полевых повторений по пяти точкам на каждом повторении из пахотного (0-20 см) горизонта. Для изучения динамики гумуса были использованы архивные образцы. Запасы гумуса в метровом слое дерново-подзолистой почвы и его распределение по профилю изучали на глубинных образцах, которые отбирали с двух полевых повторений по трем точкам на каждом, ручным буром послойно с шагом 20 см до глубины 100 см. В почвенных образцах проводили следующие виды исследований: - определение рНКСl по методу ЦИНАО. ГОСТ 26483-85; - определение гидролитической кислотности по методу Каппена в модификации ЦИНАО. ГОСТ 26212-91; - определение суммы поглощенных оснований по методу Каппена. ГОСТ 27821-88; - определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО. ГОСТ 26207-91; - метод определения обменной кислотности. ГОСТ 26484-85; - определение гумуса по методу Тюрина; - общий азот по методу Кьельдаля; - легкогидролизуемый азот по Тюрину и Кононовой; - аммиачный азот по методу ЦИНАО. ГОСТ 26489-85; - определение нитратов потенциометрический. ГОСТ 26489-85 - определение обменного кальция и магния методом ЦИНАО 8 ГОСТ 26487-85; - гранулометрический состав почвы по методу Качинского; групповой и фракционный состав гумуса по схеме Тюрина в модификации Пономаревой и Плотниковой. Для характеристики природы гуминовых кислот определяли их оптические свойства, снимая спектры гуматов натрия в видимой области (400-750 нм) на спектрофотометре КФК-3 МП. Препаративное выделение гуминовых кислот осуществляли трехкратным экстрагированием 0.1н раствором NаОН из декальцированной почвы. Для очистки от илистой фракции применяли коагулятор (Nа2S04) и центрифугирование. Из раствора гумусовых веществ, очищенного от минеральных примесей, гуминовые кислоты осаждали при t 50-60°С подкислением раствора до рН 2-3. Для дальнейшей очистки препаратов гуминовых кислот проводили их двухкратное переосаждение. Препараты высушивали при температуре 40°С. Изучение молекулярной структуры гуминовых кислот выделенных препаративно, проводили в Тимирязевской сельскохозяйственной академии и на кафедре почвоведения Ленинградского государственного университета: - элементный состав гуминовых кислот определяли на СНN–элементном анализаторе фирмы «Реrkin-Elmer» (США). Количество кислорода вычисляли по разности; - идентификацию важнейших атомных группировок и элементов структуры молекул гуминовых кислот проводили методы инфракрасной спектроскопии на двухлучевом спектрометре Spесоrd-М80 (производство ГДР) в диапазоне волновых чисел 4000-400 см-1; - термический анализ препаратов гуминовых кислот проводили на приборе Q – 1500 Д (производство ВНР). Навеска образца колебалась в пределах 40-50 мг. Скорость поднятия температуры 10 0/мин. В качестве эталона использовали прокаленный оксид Al (Al2О3). Анализ проводили в интервале температур от комнатной до 10000 С. Биологические свойства почвы изучали с помощью комплекса известных методов: - нитрифицирующая способность почвы по методу Кравкова в модификации Болотиной и Абрамовой; - количество продуцируемой углекислоты определяли методом Аксенова С.М. и Банкина М.П. путем компостирования почвы при температуре 280С, влажности 60% ПВ, фиксируя выделение СО2 на газовом хронометре ХРОМ-5; - степень разложения клетчатки - методом «аппликаций». Определение численности микроорганизмов отдельных физиологических групп проводили в институте экологии и генетики микроорганизмов Уральского отделения РАН (г. Пермь) методом высева из предельных десятичных разведений пробы на соответствующие среды с последующим расчетом по таблицам МакКреди. 9 Таблица 1 - Характеристика длительных опытов Пермского НИИСХ ОПЫТ 1 ( год закладки - 1977) Ответственный исполнитель опыта Соснина И.Д. Тип землепользования Бессменный пар Бессменный ячмень Типичный севооборот -чистый пар - озимая рожь -яровая пшеница -клевер 1 г.п. -клевер 2 г.п. -ячмень - овес Вариант опыта Известь, т/га Навоз, т/га 6 6 Без удобрений NРК Навоз Навоз +NPK 10 (перед закладко й опыта) Севооборот с высоким Без удобрений насыщением бобовыми NPK (42.8%)* : - клевер 1 г.п. - клевер 2 г.п. - озимая рожь - ячмень - люпин - ячмень - пшеница с подсевом клевера Залежь ОПЫТ 2 (год закладки -1980) Ответственный исполнитель Митрофанова Е.М. -контроль Севооборот : - чистый пар -СаСО3 по 0.5 г.к. 3.7 -озимая рожь -СаСО3 по 1.0 г.к. 7.5 -яровая пшеница -NPK -клевер 1 г.п. -NPK+СаСО3 по 0.5 г.к. 3.9 -клевер 2 г.п. -NPK+СаСО3 по 1.0 г.к. 8.6 - ячмень -2NPK - овес -2NPK+CаСО3 по 0.5 г.к. 3.8 -2NPK+CаСО3 по 1.0 г.к. 7.5 - СаСО3 по 1.0 г.к. + 7.5+2.2** СаСО3 по 0.5 г.к. -NPK+CаСО3 по 1.0 г.к. 8.6+2.3** +СаСО3 по 0.5 г.к. 2NPK+CаСО3 по 1.0 г.к. 7.5+2.5** +СаСО3 по 0.5 г.к. ОПЫТ 3 (год закладки - 1971) Ответственный исполнитель Ямалтдинова В.Р. -Без удобрений 5 (в Севооборот: -Навоз 10 т/га в год первой 10 - чистый пар -NPK, экв. 10 т/га навоза ротации -оз.рожь -Навоз 5 т/га +NPKэкв. после 5 . -яровая пшеница 5 т/га навоза озимой -клевер 1 г.п. - Навоз 10 т/га +NPKэкв. ржи) 10 -клевер 2 г.п. 10 т/га навоза -ячмень -Навоз 20 т/га 20 -картофель -NPK экв.20 т/га -овес -Навоз 20 т/га навоза + 20 NPKэкв. 20 т/га навоза Среднегодовые дозы удобрений NРК кг/га д.в. N Р2О5 К2О 60 60 60 34 30 43 38 38 51 - - - 21 21 21 41 41 41 - - - 34 34 34 69 69 69 - 35 35 35 70 70 70 - 21 34 35 41 69 70 38 19 23 12 48 24 38 23 48 70 70 43 43 89 89 *Севооборот введен в 1993 г. 1993-96 гг. – N, с 1997 - NPK; ** известь внесена во второй ротации севооборота 10 Результаты исследований 1.1. Динамика содержания гумуса при длительном применении различных агротехнологий Опыт 1 представляет собой особый интерес, так как кроме пахотных почв с применением различных агротехнологий имеет делянки с бессменным паром и залежью. Результаты исследования динамики содержания гумуса за 28 лет ведения опыта представлены в таблице 2. Многолетнее парование дерновоподзолистой почвы, интенсивная механическая обработка и отсутствие поступления растительных остатков обусловило снижение содержания гумуса в пахотном слое на 30% по сравнению с исходным (1.90%). Максимальные потери наблюдались в первые 7 лет ведения опыта. В последующие годы темпы минерализации значительно снизились, с 1984 г. по 2001 г. содержание гумуса изменилось с 1.42 до 1.34%. Таблица 2 - Динамика гумуса в длительном опыте 1 при различном землепользовании ,% Тип землепользования Бессменный чистый пар Бессменный ячмень, без удобрений Бессменный ячмень,N60P60К60 Типичный севооборот, навоз Типичный севооборот, навоз +N60P60К60 Севооборот с высоким насыщением бобовыми культурами (42.8%),без удобрений Севооборот с высоким насыщением бобовыми культурами (42,8%), N60P60К60 Залежь НСР05 1977 1.90 -«-«-«-«-«- Годы наблюдений 1983 1993 2001 1.42 1.34 1.72 1.54 1.82 1.69 1.90 1.92 1.93 2.00 1.71 1.75 2005 1.34 1.59 1.70 2.11 2.29 1.83 -«- - 1.71 1.89 1.90 -«- - - 2.17 0.11 2.24 0.08 Поступление в почву растительных остатков даже в незначительном количестве (вариант: Бессменный ячмень, без удобрений) несколько замедлило скорость минерализации органического вещества и способствовало поддержанию гумуса на уровне 1.54-1.59%, а с внесением минеральных удобрений (NPK по 60 кг д.в. на 1 га) - 1.69-1.70%. В типичном для Предуралья семипольном севообороте с двумя полями многолетних трав (зеленая масса отчуждается) при применении подстилочного навоза из расчета по 6 т/га сохранен исходный уровень содержания гумуса. Совместное применение органических и минеральных удобрений повысило уровень гумусированности почвы до 2.29% . Насыщение зернотравяного семипольного севооборота бобовыми культурами до 42,8% (два поля клевера и одно люпина однолетнего) при отчуждении зеленой массы трав не привело к заметному повышению уровня гумусированности почвы. На варианте без минеральных удобрений к 2001 г. 11 его содержание было близким к исходному и составило 1.75%. Дополнительное внесение удобрений в севообороте с высоким насыщением бобовыми, обеспечило бездефицитный баланс гумуса. В залежной почве установилось максимальное (по Л.П.Шишову и Б.М.Когут) в естественных условиях почвообразования содержание гумуса (2.17-2.24%), что соответствует целинной почве. В опыте 2 известкование дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы действовало на содержание гумуса по-разному в зависимости от доз и способов внесения. Внесение извести по 0.5 и 1. 0 г.к. перед закладкой опыта без минеральных удобрений не способствовало сохранению исходного уровня гумусированности дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы, наблюдалось его снижение от исходного на 14.4 и 20.2% соответственно (таблица 3). Таблица 3 - Динамика содержания гумуса в почве длительного опыта 2, % Вариант Исходно е (1980 г.) I ротация (1987 г.) II ротация (1993 г.) III ротация (2000 г.) Контроль СаСО3 по 0.5 г.к. СаСО3 по 1.0 г.к. NPК NPК+СаСО3 по 0.5 г.к. NPК+СаСО3 по 1.0 г.к. 2 NPК 2 NPК+СаСО3по 0.5 г.к. 2 NPК+СаСО3по 1.0 г.к. СаСО3 по 1.0 г.к. + СаСО3 по 0.5 г.к. NPК +СаСО3 по 1,0 г.к. +СаСОз по 0.5 г.к. 2 NPК+СаСОз по1.0 г.к. +СаСОз по 0.5 г.к. НСР05 2.69 2.64 2.97 2.76 2.74 2.75 2.68 2.72 2.85 2.64 2.59 2.67 2.60 2.56 2.52 2.63 2.60 2.65 2.74 2.50 2.39 2.52 2.63 2.48 2.40 2.54 2.50 2.52 2.58 2.53 2.09 2.26 2.37 2.28 2.31 2.29 2.34 2.35 2.68 2.33 Убыль гумуса за 21 год к исходному содержанию в почве, % 22.0 14.4 20.2 17.4 15.7 16.7 12.7 13.7 6.0 11.7 2.75 2.64 2.64 2.53 8.0 2.82 2.84 2.82 2.82 0.0 0.10 0.09 0.07 0.06 Проведение повторного известкования во второй ротации севооборота уменьшило потери гумуса до 11.7%. При известковании почвы в сочетании с минеральными удобрениями ( вариант 2NРК + Са по 1.0 г.к.) потери гумуса за 21 год составили только 6.0%. Исходный уровень содержания гумуса (2.82% ) был сохранен на варианте 2NPK +СаСОз по 1.0 г.к. +СаСОз по 0.5 г.к. Во второй и третьей ротациях севооборота усилились темпы минерализации гумуса, что, по-видимому, связано с ослабляющим действием извести. В опыте 3 насыщение пашни навозом по 10 т/га обеспечило не только сохранение исходного уровня содержания гумуса в течение четырех ротаций 12 севооборота, но и несколько повысило его. Уровень гумуса составил в этом варианте 2.25%, что на 9% выше, чем в исходной почве. Увеличение дозы навоза до 20 т/га в год существенно обогатило почву органическом веществом. Прирост гумуса за три ротации восьмипольного севооборота составил 17%. Совместное внесение 10 т/га навоза и эквивалентного количества NРК способствовало улучшению целого комплекса показателей, в частности, заметно увеличилось содержание подвижного фосфора и калия (33.1 и 34.8 мг/100 г соответственно), а также гумуса, наличие которого через 32 года ведения опыта составило 2.37%. Многолетняя динамика гумуса при применении различных систем удобрения представлена на рис. 1. Начальной точкой явилось исходное содержание, равное 2.06% . Динамика гумуса в длительном опыте 3 при применении различных систем удобрения Рис. 1. Содержание гумуса, % 2,4 2,3 2,2 2,1 2 1,9 1,8 1,7 исходное, 1971 г. I ротация, 1978 г. II ротация, 1985 III ротация, 1993 IV ротация, 2000 г. г. г. Без удобрений NPK,экв. 10 т навоза Навоз 10 т/га +экв.NPK Навоз 10 т/га Навоз 5 т/га+экв.NPK Тренды динамики гумуса показывают, что к концу третьей ротации уровень гумуса в почве приблизился к равновесному и далее его количество слабо изменялось. При этом уровни содержания гумуса установились различными в зависимости от применяемых систем удобрений: минимальный – на контроле без удобрений (1.82%), максимальный – при внесении 10 т навоза совместно с NPK (2.37%). В целом по трем опытам выявлено, что потеря или накопление гумуса наиболее интенсивно происходило в первые годы после резкого изменения условий землепользования, затем его количество стабилизировалось на определенном стационарном уровне. 1.2. Влияние приемов землепользования удобрений и извести на распределение органического углерода и биогенных элементов по профилю почвы Изменение гранулометрического состава профиля почвы в ходе агрогенеза принадлежит к числу наиболее важных и трудно регулируемых факторов, определяющих динамику почвенного плодородия (Козловский, 2003). 13 Определение гранулометрического состава по методу Качинского показало, что почва опыта 1 тяжелосуглинистая, крупнопылеватая, содержание физической глины > 40%. Отмечена тенденция к увеличению содержания фракции крупной пыли в пахотном горизонте при внесении удобрений, особенно органических. Максимальным (40.9%) количеством частиц данной фракции характеризуется почва типичного севооборота при внесении навоза совместно с NPK (таблица 4). Вниз по профилю содержание этих частиц постепенно уменьшается. При длительном применении приемов землепользования в составе механических фракций отмечено изменение содержания ила в слое 0-20 см от 14.5 до 18.8%. Максимальное его количество определено в почве бессменного пара, а минимальное – в почве залежи и на варианте с применением навоза. Вниз по профилю содержание илистых частиц возрастет до 35.5%. В целом содержание физической глины в нижележащих горизонтах (40-100 см) значительно выше, чем в пахотном слое, что, по-видимому, объясняется влиянием почвообразующей породы, которая богата физической глиной. Значимых изменений других фракций гранулометрического состава по профилю не установлено. В опыте 2 известкование слабо повлияло на гранулометрический состав почвы. Отмечена лишь тенденция к увеличению частиц крупной пыли и уменьшение фракции ила при внесении извести и минеральных удобрений с 15.3% на контроле до 11.6% - на варианте 2NPK + СаСО3 по 1.0 г.к. В опыте 3 органо-минеральная система удобрения (навоз 10 т/га + экв. NPK) способствовала повышению содержания фракции крупной пыли в пахотном слое до 32.9% относительно 27.9% на контроле. Для фракции ила отмечена обратная тенденция. Максимальное его количество (19.3%) было в почве контрольного варианта, минимальное (14.6%) – на варианте Навоз 10 т/га + экв. NPK. Характер распределения фракций гранулометрического состава в опытах 2, 3 по профилю аналогичен их распределению в опыте 1. Длительное применение различных агротехнологий не изменило классификационную принадлежность исследуемой почвы по гранулометрическому составу, но повлияло на ее агрохимические параметры и распределение биогенных элементов по профилю. Основные изменения произошли в пределах верхнего 0-40 см слоя и обусловлены типом землепользования, известкованием и внесением органических и минеральных удобрений. В опыте 1 длительное парование и возделывание монокультуры без удобрений привело к потере почвой основных элементов питания. Содержание подвижного фосфора и обменного калия уменьшилось за 25 лет ведения опыта почти на 40%, гумуса – на 30%. Не выявлено закономерных изменений катионов кальция и магния под влиянием различных приемов землепользования. Установлено, что концентрация этих элементов увеличивается в глубь по профилю. Аналогичная тенденция отмечена для подвижных форм фосфора и калия, концентрация которых в верхнем 0-40 см слое почвы значительно ниже, чем в нижележащих горизонтах. 14 Таблица 4 – Характеристика органопрофиля и распределение фракций гранулометрического состава почвы опыта 1 Приемы землепользования Глубина взятия образца, см рНKCl Са Мg мг-экв/100 г Р2О5 К2 О Сорг., % Nобщ. С:N % Пыль крупная 0.05-0.01 мм Ил <0.001 мм мг/100 г Содержание фракции в % 1 1.Бессменный чистый пар 3.Бессменный ячмень, N60Р60К60 4.Типичный севооборот, (навоз) 5.Типичный севооборот, (навоз +N60P60K60) 3 5.2 5.2 4.8 4.8 4.8 5.2 5.2 5.0 5.1 5.1 5.2 5.2 5.1 5.2 5.1 5.3 5.3 5.1 5.1 5.1 5.2 5.3 5.0 5.0 5.1 4 15.8 16.5 26.1 25.6 26.0 15.4 17.7 20.6 21.8 22.4 15.6 17.2 23.9 24.5 23.1 14.6 13.5 24.6 23.9 22.8 11.3 13.6 22.4 23.2 23.0 5 5.6 3.8 6.0 7.1 9.4 3.3 4.6 6.5 5.6 5.9 3.0 4.8 7.1 5.5 5.5 3.6 4.8 7.4 7.7 6.9 2.3 3.8 7.8 6.3 5.0 6 16.3 14.0 25.0 28.0 32.5 21.4 18.2 28.9 29.5 32.3 34.2 23.9 31.5 31.5 41.5 39.8 24.4 32.1 30.8 34.5 39.5 23.3 31.0 31.0 42.5 7 12.0 8.7 22.2 21.0 18.4 15.1 13.2 20.1 20.7 24.6 21.4 13.4 28.3 28.6 34.4 30.8 20.0 27.3 22.7 23.3 32.0 25.9 23.2 18.1 21.2 8 0.78 0.60 0.33 0.26 0.14 0.89 0.69 0.38 0.30 0.20 0.98 0.75 0.41 0.26 0.20 1.11 0.96 0.39 0.24 0.21 1.16 1.02 0.45 0.28 0.18 9 0.057 0.076 0.049 0.031 0.013 0.096 0.081 0.035 0.023 0.012 0.105 0.089 0.051 0.041 0.015 0.115 0.100 0.044 0.025 0.016 0.130 0.109 0.049 0.030 0.014 10 13.7 7.9 6.7 8.7 10.8 9.3 8.5 10.9 13.5 16.7 9.3 8.4 8.0 6.4 13.3 9.7 9.6 8.9 9.6 13.1 8.9 9.4 9.2 9.3 12.9 11 31.3 26.7 26.1 25.5 24.1 38.1 36.8 30.7 30.2 29.4 38.7 37.4 31.8 29.9 30.0 40.1 39.5 32.1 32.7 32.2 40.9 39.7 32.8 33.9 31.9 12 18.8 23.5 35.0 34.5 35.5 16.6 19.5 29.4 30.7 31.6 18.5 20.4 30.3 29.7 29.6 16.3 17.8 31.0 31.4 30.7 15.8 16.3 30.5 31.5 29.0 12 2.Бессменный ячмень, (без удобрений) 2 0-20 20-40 40-60 60-80 80-100 0-20 20-40 40-60 60-80 80-100 0-20 20-40 40-60 60-80 80-100 0-20 20-40 40-60 60-80 80-100 0-20 20-40 40-60 60-80 80-100 Продолжение таблицы 4 15 6.Севооборот с высоким насыщением бобовыми (42.8%), (без удобрений) 7.Севооборот с высоким насыщением бобовыми (42.8%),N60P60K60 8.Залежь НСР05 2 0-20 20-40 40-60 3 4.7 4.7 4.9 4 13.8 14.8 22.0 5 3.2 3.0 4.9 6 22.0 22.2 33.4 7 20.8 18.0 19.7 8 0.91 0.81 0.35 9 0.107 0.088 0.024 10 9.5 10.1 14.6 11 40.1 36.8 32.7 12 17.1 19.6 29.4 60-80 80-100 0-20 20-40 40-60 4.8 4.8 4.7 4.7 4.8 22.4 22.0 12.8 13.0 21.2 5.2 5.3 2.5 3.4 5.6 34.7 32.9 22.3 22.6 31.8 19.3 20.9 27.3 22.8 21.2 0.31 0.28 1.04 0.98 0.38 0.020 0.012 0.116 0.109 0.029 15.5 23.3 9.5 9.9 13.1 33.0 32.2 40.4 37.9 33.3 30.0 29.3 15.4 16.0 28.1 60-80 80-100 0-20 20-40 40-60 60-80 80-100 4.8 4.8 4.6 4.6 4.6 4.7 4.7 0.2 22.5 20.5 12.8 15.5 21.3 22.5 22.5 0.6 5.6 5.9 3.8 4.5 4.0 7.8 7.8 0.3 35.5 33.8 23.0 20.5 36.5 39.0 37.0 2.1 21.5 25.0 14.7 9.7 14.0 17.0 35.4 1.8 0.35 0.28 1.26 0.82 0.41 0.28 0.22 0.04 0.021 0.007 0.129 0.095 0.045 0.024 0.013 0.007 16.7 40.0 9.8 8.6 9.2 11.8 17.5 - 32.2 32.7 37.3 36.0 31.4 30.1 28.6 - 29.7 28.3 14.5 15.4 25.2 28.5 30.2 - 16 Распределение органического углерода и азота по профилю почвы резко убывающее. Основные запасы гумуса сосредоточены в пахотном горизонте и максимальны в залежной почве (57.7 т/га). Минимальными запасами в слое 0-20 см характеризуется почва бессменного чистого пара -35.5 т/га ( рис. 2). Однако запасы гумуса в метровом слое почвы севооборота с высоким насыщением бобовыми 42.8%, N60Р60К60 и типичного севооборота (навоз +N60Р60К60) выше, чем в залежной почве и составляют соответственно 151.8 и 153, 2 т/га. Рис. 2. Запасы гумуса по профилю дерново-подзолистой почвы (опыт 1) слой почвы, см 0-20 20-40 40-60 60-80 80-100 0 10 20 30 40 50 60 содержание гумуса , т/га б/с чистый пар б/с ячмень, б/у б/с ячмень,N60P60K60 типичный с/о, навоз+N60P60K60 с/о с высок.насыщ. боб. культ.(42,8%)N60P60K60 залежь Запасы азота низкие (в слое 0-20 см < 4 т/га, в слое 0-100 см < 10 т/га). Наиболее насыщена азотом почва типичного севооборота, содержание которого в слое 0-20 см и в слое 0-100 см составило 3.46 и 9.51 т/га, соответственно. Обеднена азотом почва бессменного чистого пара, где в слое 0-20 см содержится 1.52 т/га, а в слое 0-100 см - 6.62 т/га. В агрохимической науке показатель С/N характеризует обогащенность почвы азотом и используется как вектор трансформации гумуса. Наиболее широкое отношение C/N равное 13.7 определено для почвы бессменного чистого пара. Возделывание монокультуры, введение севооборотов, применение минеральных удобрений и навоза способствовало сужению отношения С/N. В опыте 2 проведение известкования по 1.0 г.к. при закладке опыта и повторного по 0.5 г.к. после первой ротации способствовало снижению почвенной кислотности верхнего 0-40 см слоя дерново-подзолистой почвы 17 с рН 4.6 при закладке опыта до рНКСl 5.2-5.4. Внесение извести не привело к накоплению обменного кальция в пахотном слое почвы. Этот элемент концентрируется на глубине 40-100 см, где его содержится в 1.5 раза больше. Невысокое содержание кальция и магния в верхних горизонтах связано, скорее всего, с выносом этих элементов из корнеобитаемого слоя культурными растениями и выщелачиванием в нижние горизонты вследствие промывного водного режима. Известкование отдельно и в сочетании с минеральными удобрениями оказано существенное воздействие на формирование профиля почвы. Содержание углерода на вариантах с внесением извести в пахотном горизонте варьирует в интервале 1.351.64%С при 1.27% С - на контроле и 1.36% С - по фону 2NPK. В подпахотном горизонте известкованной почвы содержится - 1.14-1.32% С по сравнению с 0.97% на контроле и 1.03% на варианте 2NPK. Влияние извести на распределении углерода в глубинных горизонтах не выявлено. Органопрофиль сохраняется типичным для дерново-подзолистых почв. Максимальными запасами гумуса в метровом слое характеризуется почва, известкованная повторно по фону 2NPK (187.9 т/га) (рис. 3). Рис. 3. Запасы гумуса по профилю дерново-подзолистой почвы, т/га ( опыт 2) слой почвы, см 0-20 20-40 40-60 60-80 80-100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 содержание гумуса,т/га без удобрений- контроль СаСОз по 1.0 г.к. СаСОз по 1.0 г.к.+СаСОз по 0.5 г.к. 2NPK 2NPK+CаСОз по 1.0 г.к. 2NPK +СаСОз по 1.0 г.к+СаСОз по 0.5 г.к. Основная масса азота, как и углерода, концентрируется на глубине 0-40 см, затем его запасы резко убывают. Минимум приходится на почву контрольного варианта, где в пахотном слое содержится 3.40 т/га, а в метровом – 8.02 т/га азота. Известкование почвы, особенно повторное по 18 фону 2NPK способствовало увеличению его запасов в слое 0-100 см до 12.63 т/га. В опыте 3 распределение органического углерода по профилю исследуемой почвы резко убывающее. Максимальные запасы гумуса определены на вариантах: Навоз 20 т/га в год и Навоз 20 т/га +NPK, экв. 20 т/га навоза, где их количество в слое 0-20 см составило 64.1 и 65.0 т/га соответственно, что на 32-34% больше, чем в пахотном слое неудобряемой почвы. Подпахотный горизонт почвы этих вариантов также характеризуется наибольшим содержанием гумуса 60.9-61.4 т/га. Длительное применение минеральной системы удобрения слабо повлияло на запасы гумуса, в слое 0-20 см отмечено его увеличение на 5.5 т/га, а в слое 20-40 см - на 2.5 т/га относительно контроля (рис.4). Рис. 4.Запасы гумуса по профилю дерново-подзолистой почвы , т/га (опыт 3) слой почвы, см 0-20 20-40 40-60 60-80 80-100 0 10 20 30 40 50 60 70 содержание гумуса, т/га без удобрений (контроль) навоз 10 т/га NPK экв.10 т/га навоза навоз 10 т/га +NPKэкв.10 т/га навоза навоз 20 т/га+NPK экв. 20 т/га навоза Основные запасы азота также сосредоточены в верхнем 0-40 см слое почвы, далее вглубь по профилю они значительно уменьшаются. Максимальное их количество находится в слое 0-20 см и варьирует в интервале 2.55-4.12 т/га, минимальное – в слое 80-100 см (0.20-0.40 т/га). По шкале, предложенной Л.А.Гришиной и Д.С.Орловым, обогащенность гумуса исследуемой почвы азотом средняя. Почва контрольного варианта характеризуется наиболее низким содержанием азота, соотношение С/N в слое 0-20 см равно 11.0. Применение минеральных и органических удобрений отдельно и совместно привело к некоторому сужению отношения 19 С/N, которое на варианте навоз 20 т/га + NРК в эквивалентных количествах равно 9.2 и свидетельствует о более высокой обогащенности гумуса азотом. Исследования, проведенные в трех длительных полевых опытах показали, что принципиальных различий в характере формирования профиля дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы в зависимости от различных агроприемов не установлено. Органопрофиль сохраняется типичным для дерново-подзолистых почв. 1.3. Влияние приемов землепользования и систем удобрения на содержание инертных и активных компонентов в составе гумуса В соответствии с современными представлениями (К.В.Дьяконова, М.Кёршенс, Р. Тейт, Л.К.Шевцова, Б.М.Когут) почвенный гумус состоит из двух основных пулов: лабильного (трансформируемого) и устойчивого (инертного), роль которых в почвенном плодородии неодинакова. Трансформируемая (активная) часть гумуса служит наиболее доступным источником питания растений, определяет биологическую активность и другие агрохимические свойства почв и заметно изменяется под влиянием различных агротехнических приемов. Активная часть гумуса участвует в круговороте углерода и др. элементов, формирует основные функции органического вещества и определяет эффективное плодородие почвы. Инертный гумус является своеобразным «органическим скелетом» почвы. По определению М.Кёршенса, эта часть гумуса термодинамически и биологически наиболее устойчива и отражает генетические особенности почв. Выявлено влияние гранулометрического состава, в частности содержания физической глины, на содержание инертного гумуса. При длительном экстенсивном использовании почвы активная часть гумуса может пополняться за счет инертной, что вызывает деградацию почв. Пул так называемого инертного гумуса учеными почвенного института им. В.В.Докучаева и Германии отождествляется с величиной минимального содержания гумуса. Таким образом, общее содержание гумуса в почве, выраженное через углерод, можно представить формулой: Собщ.= Сmin + Сtrans . По данным наших исследований, выполненных на базе длительного стационарного опыта 1 Пермского НИИСХ на делянке с бессменным чистым паром (таблица 5),уровень гумусированности почвы составляет 1.34±0.1% или 0.78±0.01% С.Этот уровень гумуса можно условно принять за минимальный для дерново-подзолистых тяжелосуглинистых почв Предуралья. Данные таблицы 5 указывают, что наиболее богато активными компонентами органическое вещество залежи. Содержание Сtrans в ней составило 0.48% С, что превышает оптимальный уровень содержания трансформируемого углерода для почв Германии, который составляет 0.30% С. По мнению ученых Германии, такой уровень активного пула гумуса позволяет обеспечить растения и микроорганизмы необходимыми элементами питания, прежде всего азотом. Почва с таким уровнем 20 содержания Сtrans характеризуется высокой продуктивностью и благоприятными экологическими параметрами. На варианте бессменный ячмень, без удобрений определено минимальное количество активных компонентов гумуса, равное 0.11%. С. В почве типичного севооборота при внесении навоза в паровом поле величина Сtrans составила 0.33-0.38%, а в почве севооборота с высоким насыщением бобовыми культурами - 0.24 –0.32% С. Л.С.Травникова и коллеги полагают, что достаточным для получения максимального урожая может считаться такой уровень Сtrans, который соответствует естественной или залежной почве. В опыте 1 высокая продуктивность пашни (3700-3720 к.ед.) соответствует содержанию трансформируемого углерода в почве, равному 0.20-0.32%, что значительно ниже, чем в залежной почве. Таблица 5 - Влияние приемов землепользования на содержание активных компонентов в составе гумуса и продуктивность пашни (опыт 1) Сорг, ПродукСmin, Сtrans, 0.78 0.89 0.98 1.11 1.16 1.02 0.78 -«-«-«-«-«- 0 0.11 0.20 0.33 0.38 0.24 тивность пашни средняя за ротацию к.ед./га 1400 3730 2650 3200 2710 1.10 -«- 0.32 3720 1.26 -«- 0.48 770 % Приемы землепользования Бессменный чистый пар Бессменный ячмень, без удобрений Бессменный ячмень, N60Р60К60 Типичный севооборот, навоз Типичный севооборот, навоз + N60Р60К60 Севооборот с высоким насыщением бобовым культурами (42.8%),б/удобрений Севооборот с высоким насыщением бобовыми культурами (42,8%), N60Р60К60 Залежь % % В опыте 2 отсутствует вариант бессменного чистого пара, поэтому за Сmin нами принято содержание углерода на контроле равное 1.21% . Известкование почвы (основное по 1.0 г.к. и повторное по 0.5 г.к.), а также создание фонов NPK и 2NPK не привело к обогащению гумуса активными компонентами, Сtrans = 0.11-0.16%. ( таблица 6). Увеличение содержания трансформируемого углерода до 0.26-0.43% достигается при внесении извести по фону полного минерального удобрения, но не обеспечивает высокую продуктивность пашни. Повидимому, низкое содержание подвижных форм фосфора и калия в почве опыта 2 лимитирует получение высоких урожаев полевых культур. В опыте 3 органно-минеральная система удобрения обеспечила максимальное обогащение гумуса активными компонентами. На варианте совместного внесения навоза по 20 т/га в год и NPK в эквивалентных 21 количествах Сtrans=0.36%. Несколько ниже этот показатель при органической системе удобрения (навоз, 20 т/га в год), Сtrans = 0.34% (таблица 7). Таблица 6 – Влияние минеральных удобрений и извести на содержание активных компонентов в составе гумуса и продуктивность пашни (опыт 2) Вариант Контроль СаСО3 по 1.0 г.к. Са СаСО3 по 1.0 г.к. + СаСО3 по 0.5 г.к. NРК NPК+ Са СО3 по 1.0 г.к. NPK + Са СО3 по 1.0 г.к. + СаСО3 по 0.5 г.к. 2NРК 2NРК + Са СО3 по 1.0 г.к.. 2NРК + Са СО3 по 1.0 г.к.+СаСО3 по 0.5 г.к. Сорг, % Сmin, % Сtrans, % 1.21 1.37 1.35 1.32 1.33 1.47 1.36 1.55 1.64 1.21 -«-«-«-«-«-«-«-«- 0 0.16 0.14 0.11 0.12 0.26 0.15 0.34 0.43 Продуктивность пашни, средняя за ротацию, к.ед./га 2720 2830 2575 2960 3110 2905 3170 3160 3200 Таблица 7 -Влияние систем удобрений на содержание активных компонентов в составе гумуса и продуктивность пашни (опыт 3) Вариант 1.Контроль 2.Навоз 10 т/га в год 3.NРК, экв. 10 т/га навоза в год 4.Навоз 5 т/га + NРК экв. 5 т/га навоза в год 5.Навоз 10 т/га + NРК,экв. 10 т/га навоза в год 6.Навоз, 20 т/га в год 7.NРК, экв. 20 т/га навоза в год 8.Навоз 20 т/га + NPK, экв. 20 т/га навоза в год Сорг., % Сmin, % Сtran s, % 1.06 1.31 1.18 1.23 1.06 -«-«-«- 0 0.15 0.12 0.17 Продуктивность пашни, средняя за ротацию к.ед./га 3070 3480 3640 3730 1.37 -«- 0.31 3690 1.40 1.37 1.42 -«-«-«- 0.34 0.31 0.36 3650 3690 3740 Исходя из имеющихся данных, нами исследована взаимосвязь уровня содержания активных компонентов в составе гумуса (Сtrans) с продуктивностью пашни и урожаями культур севооборота. Между Сtrans и продуктивностью пашни во всех трех опытах установлена корреляция, r =0.57-0.74. Коэффициент корреляции отражающий взаимосвязь между содержанием трансформируемого углерода в составе гумуса и урожайностью полевых культур в опыте 3 варьирует в интервале r = 0,30-0.61. Наличие активных 22 компонентов гумуса на уровне 0.29-0.34% С обеспечивает урожай первой культуры севооборота – озимой ржи по 3.60 т/га. Максимальная урожайность яровой пшеницы (2.93-3.09 т/га) получена на вариантах, где Сtrans = 0.17-0.30% С. Высокий урожай овса (2.86-3.08 т/га) формируется при содержании трансформируемого пула гумуса равного 0.17- 0.36% С (таблица 8). Таблица 8 - Влияние содержания активных компонентов гумуса на урожай полевых культур (опыт 3) Вариант Озимая рожь Сtrans,% урожайность, т/га Яровая пшеница Сtrans,% урожайность, т/га Сtrans ,% Овес урожайность,т/га 1.Контроль 0 2.76 0 2.22 0 2.44 2.Навоз 10 т/га в год 0.29 3.60 0.22 2.54 0.25 2.44 3.NРК, экв. 10 т/га 0.08 3.15 0.13 2.79 0.12 2.75 навоза в год 4.Навоз 5 т/га + NРК экв. 0.20 3.07 0.17 2.93 0.17 3.01 5 т/га навоза в год 5.Навоз 10 т/га + NРК, 0.33 3.01 0.28 3.05 0.31 2.86 экв.10 т/га навоза в год 6.Навоз, 20 т/га в год 0.34 3.59 0.28 2.46 0.34 2.68 7.NРК, экв. 20 т/га 0.33 3.05 0.23 2.96 0.31 3.08 навоза в год 8.Навоз 20 т/га + NPK, 0.40 2.83 0.30 3.09 0.36 2.98 экв. 20 т/га навоза в год НСР05 0.05 0.13 0.03 0.11 0.05 0.11 Таким образом, оптимальная область трансформируемого органического вещества, позволяющая получать высокие урожаи, неодинакова для различных сельскохозяйственных культур возделываемых на дерновоподзолистых тяжелосуглинистых почвах длительных опытов ПНИИСХ и лежит в пределах 0.2-0.4% C. 2. Исследование фракционно-группового состава гумуса 2.1. Влияние приемов землепользования, удобрений и извести на фракционно-групповой состав гумуса Фракционно-групповой состав широко используется как отечественными, так и зарубежными исследователями как один из важнейших показателей генетической принадлежности почв. Нами использована развернутая методика Пономаревой-Плотниковой для исследования изменения состава гумуса в пахотных почвах при длительном применении удобрений и извести, а также в бессменном пару и многолетней залежи. Результаты представлены в таблице 9. В составе гумуса тяжелосуглинистой почвы опыта 1 доминирует фракция 2 (гумусовые вещества связанные преимущественно с Са2+) – 27,3-30.7% от Сорг. почвы. Затем фракция 3, которая представлена прочно связанными с минеральной частью почвы соединениями органического вещества и составляет 18.523.5% от Сорг. почвы. 23 Таблица 9 – Фракционно-групповой состав гумуса дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы опыта 1 после длительного (25 лет) воздействия различных приемов землепользования (слой почвы 0-20 см), % к Сорг. почвы Приемы землепользования 1.Бессменный чистый пар 2.Бессменный ячмень, б/у 3.Бессменный ячмень, NPK 4.Типичный севооборот, навоз 5.Типичный севооборот, навоз + +NPK 6.Севооборот с высоким насыщением бобовыми (42.8%), б/у 7.Севооборот с высоким насыщением бобовыми (42.8%), NPK 8. Залежь pНKCl Cорг. Фракция 1 почв Собщ Сгк Сфк ы,% 0.1н Фракция 2 Н2SO4 Собщ Сгк Сфк Фракция 3 Собщ Сгк Сфк Сумма ГК ФК Сгк Сфк Н.О. 5.2 0.78 6.9 6.2 0.7 3.0 30.7 7.5 23.2 23.2 9.0 14.2 22.6 41.1 0.55 36.4 5.2 0.89 7.5 6.5 1.0 3.0 27.7 8.4 19.3 22.1 9.1 13.0 24.0 36.3 0.66 39.7 5.2 0.98 9.4 7.5 1.9 3.7 28.8 10.0 18.8 20.5 10.0 10.5 27.5 34.9 0.79 37.7 5.3 1.11 9.6 8.4 1.2 2.4 28.3 9.0 19.3 23.5 5.0 1.16 10.4 9.3 1.1 3.3 29.7 8.8 20.9 21.9 10.4 11.5 28.6 36.8 0.78 34.6 4.7 1.02 7.7 6.4 1.3 5.1 28.0 10.2 17.8 18.5 8.3 10.2 24.8 34.4 0.72 40.8 4.7 1.10 10.0 7.8 2.2 3.3 29.8 10.4 19.4 21.0 9.3 11.7 27.5 36.4 0.75 36.2 4.6 1.26 11.1 8.7 2.4 2.4 27.3 12.3 15.0 22.2 10.6 11.6 31.6 31.4 1.01 37.0 9.6 13.9 27.5 36.8 0.75 36.2 24 Доля подвижных гумусовых веществ (фракция 1) значительно ниже, но именно эта фракция проявляет особую чувствительность к агрохимическому воздействию. Наиболее четко она представлена в многолетней залежи (11.1%), наименее (6.9%) – в бессменном пару. Различные варианты использования пахотных почв занимают промежуточное положение. Прослеживается зависимость содержания подвижной фракции в составе гумуса от количества легкотрансформируемого углерода (r = 0.88) и кислотности почвы. Чем ниже рНКСl и чем выше содержание Сtrans, тем больше углерода в первой фракции. Данные опыта 1 подтверждают положение И.В.Тюрина, Л.Н.Александровой и других авторов о том, что первая фракция является химически молодой и образуется на первых этапах процесса гумификации, а также работы В.В.Пономаревой и ее школы о перераспределении фракций состава гумуса при изменении кислотности почвы. При подкислении часть химически менее «зрелых» гумусовых веществ второй фракции может пополнять первую и наоборот. Наличие полярных вариантов землепользования (бессменный пар и залежь) позволило выявить изменения и более устойчивой 2-й фракции гумусовых веществ, связанных с Са2+. Содержание гуминовых кислот этой фракции в почве пара является минимальным (7.5% от Сорг. почвы). Повидимому, в условиях дефицита трансформируемого углерода происходит минерализация и более устойчивых фракций гумусовых веществ. В многолетней залежи, наоборот, увеличивается содержание наиболее агрономически ценных гумусовых веществ – гуминовых кислот 2-й фракции. В составе гумуса длительно парующей почвы фульвокислоты значительно преобладают над гуминовыми, соотношение Сгк / Сфк равно 0.55. Тип гумуса фульватный. Применение минеральных и органических удобрений при возделывании культур в севообороте или бессменно способствовало накоплению гуминовых кислот и изменению типа гумусообразования до гуматно-фульватного. Особенностью состава гумуса дерново-подзолистой почвы опыта 2 является высокое содержание фракции 2 гумусовых веществ (ГК, связанных с кальцием) и фульвокислот 1-й фракции, что возможно связано с длительным предшествующим использованием этого участка для хранения и переработки хвойной древесины, богатой воскосмолами и битумами. Известкование, опосредованно через снижение кислотности почвы, привело к уменьшению подвижности гумусовых веществ. Между рНКCl и содержанием гуминовых кислот 1-й фракции установлена обратная зависимость, r = -0.62. Внесение извести привело к накоплению гуматов кальция, между этими показателями существует тесная связь, r = 0.79. Следовательно, известкование способствовало формированию более устойчивых компонентов в составе гумуса , но при этом не изменило общую направленность процесса гумусообразования. Тип гумуса – фульватногуматный, соотношение Сгк/Сфк варьировало в зависимости от вариантов опыта в интервале 0.86-0.96 (таблица 10). 25 Таблица 10 – Влияние минеральных удобрений и извести на фракционно-групповой состав гумуса дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы (опыт 2), (слой почвы 0-20 см), % к Сорг.почвы Вариант Cорг., Фракция 1 % Собщ Сгк Сфк 0.1н Фракция 2 Н2SO4 Собщ Сгк Сфк Фракция 3 Собщ Сгк Сфк Сумма ГК ФК Сгк Сфк Н.О. 4.4 1.27 10.5 5.0 5.5 4.6 24.0 17.2 6.8 20.6 5.5 15.1 27.7 32.0 0.86 40.3 5.2 1.37 10.7 3.9 6.8 2.5 28.7 20.3 8.4 19.6 4.6 15.0 28.8 32.7 0.88 38.5 5.4 1.35 9.6 2.2 7.4 3.5 30.4 23.7 6.7 20.5 5.9 14.6 31.8 34.2 0.93 34.0 4.5 1.36 12.4 6.4 4.3 3.7 25.9 18.8 7.1 24.2 6.0 18.2 31.2 35.6 0.87 33.8 4.9 1.55 8.9 5.2 3.7 5.2 29.7 21.5 8.2 22.8 5.6 17.2 32.3 34.4 0.94 33.3 5.2 1.64 10.0 3.9 6.1 4.9 28.8 20.1 8.7 22.7 6.1 16.6 30.1 31.4 0.96 38.5 23 1.Без удобрений (контроль) 2.СаСО3 по 1.0 г.к. 3.СаСО3 по 1.0. г.к. +СаСОз по 0.5 г.к. 4. 2NPK 5. 2NPK + СаСО3 по 1.0 г.к. 6. 2NPK + СаСО3 по 1.0 г.к.+ СаСО3 по 0.5 г.к. pНKCl Таблица 11 – Влияние органических и минеральных удобрений на фракционно-групповой состав гумуса дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы, (опыт 3), (слой почвы 0-20 см), % к Сорг. почвы Вариант 1. Без удобрений (контроль) 2. Навоз 10 т/га в год 3. NPK экв. 10 т/га навоза в год 4. Навоз 5 т/га + экв. NPK 5. Навоз 10 т/га + экв. NPK pНKCl Фракция 1 Cорг., % Собщ Сгк Сфк 0.1н Фракция 2 Н2SO4 Собщ Сгк Сфк 7.1 Фракция 3 Собщ Сгк Сфк Сумма ГК ФК Сгк: Сфк Н.О. 4.7 1.10 6.6 4.4 2.2 3.3 20.3 13.2 23.1 7.1 16.0 18.6 34.7 0.54 46.7 5.5 1.31 9.6 5.5 4.1 1.8 23.4 11.0 12.4 24.3 7.8 16.5 24.3 34.8 0.70 40.9 5.1 1.18 11.5 6.1 5.4 1.1 20.8 12.8 25.6 8.5 17.1 22.6 36.4 0.62 41.0 5.2 1.23 10.4 5.2 5.2 1.4 23.6 10.4 13.2 25.3 8.4 16.9 24.0 36.7 0.65 39.3 5.0 1.37 10.6 6.8 3.8 2.3 23.9 10.8 13.1 24.3 8.1 16.2 25.7 35.4 0.73 38.9 8.0 26 В составе гумуса дерново-подзолистой почвы опыта 3 доля подвижных гумусовых веществ не превышала 12%; преобладали гумусовые вещества, прочно связанные с минеральной частью почвы (таблица 11).Фракция 2 (гуматы и фульваты кальция) занимает промежуточное положение. Содержание углерода 1-й фракции было максимальным при минеральной системе удобрения (NPK экв. 10 т/га навоза) и составило 11.5% относительно 6.6% от Сорг. на контроле. Внесение навоза и особенно навоза совместно с NPK привело к увеличению содержания углерода в 1-й фракции до 10.6% от Сорг., но в большей степени за счет гуминовых кислот. Фракция 2 гумусовых веществ, связанных в почве с катионами кальция, в зависимости от применяемых систем удобрения варьировала в узком интервале от 20.3 до 23.9% от Сорг. почвы. Длительное внесение NPK в количестве эквивалентном 10 т/га навоза практически не изменило содержание углерода гумусовых веществ, входящих в состав 2-й фракции относительно неудобренной почвы. При внесении навоза отдельно и совместно с NPK наметилась тенденция к возрастанию 2-й фракции, причем за счет увеличения гуминовых кислот, связанных с кальцием. Их содержание возросло до 11.0%С относительно 7.1%С на контроле и связано с уменьшением кислотности почвы, что подтверждает корреляционная зависимость содержания гуматов кальция от величины рНКСl, r = 0.66, а также с привнесением гуматом кальция самого навоза. В почве контрольного варианта соотношение Сгк / Сфк равно 0.54, гумус имеет явно выраженный фульватный характер. Длительное применение удобрений, особенно навоза, привело к обогащению гумуса гуминовыми кислотами и смещению типа гумусообразования от фульватного к гуматнофульватному. На варианте Навоз 10 т/га + экв. NPK соотношение Сгк / Сфк составило 0.73. Таким образом, независимо от способов землепользования, длительного применения удобрений и извести формируется гумус фульватного или гуматно-фульватного типа, наиболее устойчивый, характерный для зональных дерново-подзолистых тяжелосуглинистых почв Предуралья. 2.2. Влияние приемов землепользования, удобрений и извести на оптические свойства гуминовых кислот Интенсивность и тон окраски гумусовых веществ, извлекаемых из почвы щелочными растворами, находятся в положительной корреляционной связи со степенью бензоидности ароматического ядра. Химически более «зрелые» соединения дают более интенсивную окраску растворов, и характеризуются более высокой оптической плотностью. Анализ спектров поглощения гуматов натрия суммы фракций ГК-1 + ГК2 (экстинкции рассчитаны на 1 гС/л) под влиянием различных приемов землепользования (опыт 1) показал, что во всем интервале видимой области спектра величина экстинкции максимальна для залежной почвы и бессменного пара (рис. 5). 27 Наиболее высокую степень бензоидности имеют гумусовые вещества, экстрагируемые из декальцированной почвы бессменного чистого пара 0.1н NаОН, т.к. они характеризуются высоким (9.7) значением экстинкции при 465 нм. Рис. 5 - Спектры поглощения растворов гумусовых веществ суммы фракций ГК-1 + ГК-2 (опыт 1) 18 16 Экстинкция,Е 14 12 10 8 6 4 2 0 400 430 450 465 496 533 Залежь Бессменный ячмень, б/у Типичный севооборот (навоз) Севооборот с бобовыми, б/у 574 619 665 726 760 нм Бессменный чистый пар Бессменный ячмень, 2 NPK Типичный севооборот (навоз -2NPK) Севооборот с бобовыми, 2 NPK Оптические характеристики, полученные в опыте 2, наглядно свидетельствуют о качественном различии изучаемых веществ (рис. 6). Рис. 6 - Спектры поглощения растворов гумусовых веществ суммы фракций ГК-1 + ГК-2 (опыт 2) 10 9 Экстинкция, Е 8 7 6 5 4 3 2 1 0 400 430 450 465 496 533 574 619 665 1.Без удобрений 2.СаСз по 1.0 г.к. 3. СаСОз по 1.0 г.к. + СаСОз по 0.5 г.к. 4. 2NPK 5. 2NPK + СасОз по 1.0 г.к. 6. 2NPK + CаСОз по 1.0 г.п. + СаСОз по 0.5 г.к. 726 760 нм 28 Минимальную величину оптической плотности имеют растворы гумусовых веществ варианта 2NРK, значение Е465 г С/л) равно 5.5.Следовательно, длительное применение минеральных удобрений привело к образованию гуминовых кислот, молекулы которых имеют разветвленную периферическую часть. Более высокий показатель оптической плотности гумусовых веществ суммы фракций ГК-1 + ГК-2 известкованной почвы (2NPK+ СаСОз по 1.0 г.к.) свидетельствует о более высокой степени бензоидности ароматического ядра молекул ГК. В опыте 3 максимальное (11.13) значение экстинкции при 465 нм имеют гуматы суммы фракций ГК-1 + ГК-2 контрольного варианта (рис. 7). Рис. 7 - Спектры поглощения растворов гумусовых веществ суммы фракции ГК-1 + ГК-2 (опыт 3) 25 Экстинкция, E 20 15 10 5 0 400 430 450 465 496 533 1. Без удобрений 3.NPK,экв. 10 т/га нав. 5.Навоз 10 т/га + NPK,экв. 10 т/га нав. 574 619 665 726 760 нм 2.Навоз 10 т/га в год 4.Навоз 5 т/га + NPK, экв. 5 т/га нав. По-видимому, в условиях ограниченного поступления биомассы растительных остатков, формируется наиболее устойчивый в данных климатических условиях тип гумуса. Гумусовые вещества, представлены в основном конденсированными молекулами с преобладанием более устойчивых к микробиологической деструкции компонентов центральной части. Экстракты гумусовых веществ почвы варианта Навоз 10 т/га и Навоз 10 т/га +экв.NPK имеют невысокие оптические характеристики, так как представлены соединениями разной степени бензоидности. Наряду с химически «зрелыми» веществами, в щелочном экстракте присутствует значительное количество новообразованных гумусовых веществ, молекулы которых обогащены алифатическими фрагментами. 3. Исследование элементного состава и молекулярной структуры гуминовых кислот дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы. С помощью комплекса инструментальных методов анализа (элементный, ИК-спектроскопия, дериватография) изучен состав и химическая структура 29 гуминовых кислот, выделенных препаративно из дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы трех длительных опытов Пермского НИИСХ. По данным элементного анализа, исследуемые гуминовые кислоты по содержанию конституционных элементов (С, Н, N, О) соответствуют средним показателям для класса гуминовых кислот, но в зависимости от применяемых агротехнологий имеют свои особенности. В опыте 1 гуминовые кислоты бессменного пара имеют наиболее высокое содержание углерода и наименьшее – водорода среди исследуемых вариантов (таблица 12). Отношение Н:С в ГК пара составляет 0.92 и указывает на высокую долю бензоидных фрагментов в их молекулах. Широкое отношение С:N равное 34.64 показывает, что гумус длительно парующей почвы обеднен азотом. По-видимому, трансформация гуминовых кислот при дефиците легко трансформируемого органического вещества сопровождается накоплением в молекулах биохимически инертных ароматических структур и утратой алифатических компонентов. Таблица 12 – Элементный состав гуминовых кислот (опыт 1). Вариант 1. Бессменный чистый пар 2. Бессменный ячмень, б/у 3. Типичный севооборот, навоз 4. Севооборот с высоким насы щением бобовыми (42.8%), б/у 5. Залежь Содержание, % С Н О N 45.93 36.36 43.21 33.18 44.33 33.48 44.59 34.16 3.53 33.33 3.96 36.22 4.12 37.11 3.94 36.00 49.04 29.24 50.74 29.22 49.2 27.95 48.92 28.17 1.50 1.05 2.09 1.38 2.26 1.46 2.54 1.67 Атомные отношения Н/С О/С C/N Степень окисленности 0.92 0.80 34.63 +0.69 1.09 0.88 24.03 +0.67 1.11 0.83 22.93 +0.56 1.05 0.82 20.45 +0.60 44.90 4.05 48.69 2.36 1.08 0.81 22.28 +0.55 34.09 36.65 27.72 1.53 * Над чертой – массовая доля, под чертой – атомная доля (все расчеты приведены на обеззоленные препараты) При переходе от пара к почве занятой культурными растениями наблюдается тенденция увеличения атомной доли водорода и уменьшения доли углерода в структуре молекул гуминовых кислот. Расширение соотношения Н/С свидетельствует о увеличении роли алифатических фрагментов в построении молекул ГК. В почве типичного севооборота внесение навоза способствовало формированию ГК со значительным участием в их молекулах алифатических структур, соотношение Н/С равно 1.11. Гуминовые кислоты залежной почвы менее обуглерожены, чем бессменного пара, и содержат больше атомов водорода и азота. 30 Ароматические структуры молекул ГК менее конденсированы, боковые радикалы более развиты, о чем свидетельствует отношение Н/С равное 1.08. Согласно данным графостатистического анализа по Ван-Кревелену гуминовые кислоты почв вариантов длительного опыта 1 примерно соответствуют классу циклоалканов, а ГК бессменного чистого пара приближаются к классу ароматических углеводородов типа бензола. Основными реакциями превращения гуминовых кислот под влиянием различных приемов землепользования являются деметилирование, дегидротация и декарбоксилирование. Наиболее отчетливо процесс деметилирования выражен для гуминовых кислот почвы бессменного чистого пара. Более слабо этот процесс протекает для ГК почвы залежи и типичного севооборота. Гуминовые кислоты бессменного чистого пара менее гидротированы, чем ГК других рассматриваемых вариантов. Наименьшее содержание углерода алифатических цепей свойственно гуминовым кислотам почвы бессменного чистого пара, наибольшее – почвы типичного севооборота с унавоженным паром и почвы залежи. Гуминовые кислоты почвы опыта 2 несколько отличаются от ГК опыта 1. Наблюдается тенденция к уменьшению атомной доли углерода в их составе и увеличению водорода. По величине отношения Н/С ГК варианта СаСО3 по 1.0 г.к. характеризуются наибольшей степенью бензоидности (таблица 13 ). Таблица 13 – Элементный состав гуминовых кислот (опыт 2) Вариант 1. Без удобрений (контроль) 2.СаСО3 по 1.0 г.к. 3. 2NРК 4. 2NРК+ СаСО3 по 1.0 г.к. Степень окисленности Атомные отношения Содержание, % С Н О N 44.67 32.67 45.55 34.05 44.15 32.03 44.54 32.87 4.51 39.26 4.20 37.47 4.63 39.95 4.40 38.71 48.37 26.53 47.44 26.68 48.83 26.54 48.42 26.75 2.45 1.54 2.80 1.80 2.39 1.49 2.64 1.66 Н/С О/С C/N 1.20 0.81 21.21 +0.42 1.10 0.78 18.92 +0.47 1.25 0.83 21.50 +0.41 1.18 0.81 19.80 +0.45 Судя по отношению С/N гуминовые кислоты этого варианта обогащены азотом, т.е. азотсодержащие гетероциклические соединения имеют более значительную долю в ароматическом ядре молекул ГК. Минеральные удобрения (вариант 2NРК) усиливали алифатическую природу ГК, о чем свидетельствует максимальное соотношение Н/С равное 1.25. Известкование почвы по фону полного минерального удобрения способствовало образованию гуминовых кислот с преобладанием 31 ароматических структур, но с развитыми боковыми радикалами. Такое строение молекул ГК является наиболее оптимальным, так как обеспечивает устойчивость гумусовых веществ к внешнему воздействию и активное участие в почвенных процессах, что способствует сохранению потенциального и повышению эффективного плодородия почвы. В опыте 3 гуминовые кислоты почвы контрольного варианта наиболее окислены (W=0.65), слабо обуглерожены, характеризуются минимальным содержанием водорода и азота в их составе (таблица 14). Таблица 14 – Элементный состав гуминовых кислот (опыт 3) Вариант Содержание, % С 1. Без удобрений (контроль) 2. Навоз 10 т/га в год 3. NРК, экв. 10 т/га навоза 4. Навоз 10 т/га + экв. NРК 45.41 35.20 50.02 36.78 50.69 35.46 51.02 36.37 Н 3.80 35.10 4.30 37.75 4.93 41.09 4.68 39.71 О 49.29 28.68 42.84 23.69 42.13 22.10 41.29 22.08 N 1.50 1.02 2.84 1.79 2.24 1.34 3.01 1.84 Степень Атомные отношения окислен -ности Н/С О/С C/N 1.00 0.81 34.51 +0.65 1.03 0.64 20.55 +0.26 1.16 0.62 26.46 +0.09 1.09 0.61 19.77 +0.12 Такой элементный состав обусловлен, по-видимому, более «жесткими» условиями гумификации органического вещества, при которых происходит постепенное разрушение периферических и возрастание доли ароматических фрагментов в структуре гуминовых кислот. При минеральной системе удобрений в составе ГК увеличивается количество углеродсодержащих алифатических радикалов и уменьшается содержание устойчивых ядерных структур, что подтверждается величиной отношения Н/С равной 1.16. Внесение навоза и особенно навоза с NPK привело к формированию наиболее оптимальной с агрономической точки зрения структуры молекул гуминовых кислот. Метод инфракрасной спектроскопии позволяет идентифицировать атомные группировки, дает информацию о типе связей и элементах структуры молекул. Совокупность и интенсивность полос поглощения позволяют судить о роли ароматических и алифатических фрагментов в структуре гуминовых кислот. Исследуемые гуминовые кислоты имеют полосы поглощения в диапазоне длины волн от 400 до 4000 см-1. Полосы поглощения при 2960, 2920 и 2860 см-1 обусловлены валентными колебаниями С-Н метильных (СН3) и метиленовых (СН2) группировок. Уменьшение их интенсивности в спектрах ГК бессменного пара и бессменного ячменя (опыт 1) вызвано, по-видимому, снижением доли алифатических цепей в молекуле гуминовых кислот. Известкование почвы (опыт 2: вариант СаСО3 по 1.0 г.к.) также 32 способствовало обеднению ГК алифатическими структурными компонентами, на что указывает отсутствие валентных колебаний в области 2960 см-1 и низкая интенсивность поглощения при 2920 и 2860 см-1. Полосы поглощения при 1710-1700 см-1 обусловлены колебаниями групп >С=О карбоновых кислот. Интенсивное поглощение в этой области наблюдается в ИК-спектрах ГК бессменного чистого пара и почвы известкованной по 1.0 г.к. В спектрах гуминовых кислот варианта СаСО3 по 1.0 г.к. и 2NPK + СаСО3 по 1.0 г.к. хорошо заметна полоса поглощения при 1660 см -1. По всей вероятности она обусловлена первичными и вторичными амидами, то есть применение извести способствовало некоторому накоплению в составе ГК соединений аминокислотного типа. Четкие полосы поглощения в области 1700 см-1 (>С=О) и при 1620 см-1 (С=С ароматических колец) характеризуют бензоидные структуры молекул, которые в большей степени представлены в почве бессменного пара и в известкованной почве. В спектрах гуминовых кислот унавоженной почвы (опыт 3: варианты Навоз 10 т/га и Навоз 10 т/га + экв.NPK ) четко фиксируются колебания метильных и метиленовых группировок, что может свидетельствовать об увеличении доли алифатических фрагментов в структуре молекул гуминовых кислот. Термогравиометрические исследования позволили условно выделить в структуре ГК центральную и периферическую части по способности к деструкции в низко- и высокотемпературной области. Для количественной оценки участия периферических радикалов и центральных фрагментов в построении молекул гуминовых кислот нами были использованы данные дифференциально-термографического анализа (Кривая ДТГ, характеризующая изменение скорости потери массы в зависимости от температуры). В качестве критерия оценки принято соотношение потери массы в низко - и высокотемпературной области - коэффициент (Z), предложенный В.А.Черниковым. Результаты исследований, представленные в таблице 15 свидетельствуют о том, что макромолекулы гуминовых кислот длительно парующей почвы (опыт 1) обеднены алифатическими фрагментами. В их структуре значительно преобладают термоустойчивые компоненты, Z=0.48.Возделывание культур в севообороте и бессменно привело к увеличению доли алифатических фрагментов в структуре ГК, Z=0.61-0.67. В условиях залежной почвы формируются гуминовые кислоты довольно однородные по составу и обогащенные как алифатическими, так и цилическими и ароматическими термоустойчивыми структурами, Z=0.58. Гуминовые кислоты залежной почвы характеризуются оптимальным содержанием, как активных, так и устойчивых форм гумусовых веществ. 33 Таблица 15 – Термографическая характеристика гуминовых кислот дерново-подзолистой почвы опыта 1 Вариант адсорбционная влага Бессменный чистый пар Бессменный ячмень, б/у Типичный севооборот, навоз Севооборот с высоким насыщением бобовыми (42,8%), б/у Залежь 90 22.0 85 18.6 Температура эффекта, 0С потеря массы, % от общей низкотемпературная высокотемпературная область область (200-4000С) (>4000С) 280 520 600 22.0 20.0 26.0 280 610 26.6 43.1 80 22.2 80 15.2 220 17.8 210 8.7 95 21.7 365 6.7 285 13.0 270 18.3 440 6.7 550 24.4 690 8.9 Z 0.48 0.62 0.61 380 8.7 480 17.4 580 28.3 0.67 385 5.0 570 28.3 655 15.0 0.58 В опыте 2 известкование способствовало уменьшению количества и термостоустойчивости периферических фрагментов структуры гуминовых кислот и укрупнению и повышению термоустойчивости центральной части (таблица 16). Таблица 16 – Термографическая характеристика гуминовых кислот дерново-подзолистой почвы опыта 2 Вариант Контроль СаСО3 по 1.0 г.к. 2NPK Са 1.0 г.к.+ 2NPK адсорбционная влага 80 20.5 80 15.2 85 18.6 85 15.6 Температура эффекта, 0С потеря массы, % от общей низкотемперавысокотемпературная область турная область (200-4000С) (>4000C) 290 420 620 25.0 18.2 27.3 220 11.8 230 23.6 310 9.8 215 25.8 390 6.9 420 18.1 520 16.7 405 7.8 520 680 22.2 19.4 580 680 740 16.7 4.9 1.96 490 630 680 10.9 21.1 17.2 Z 0.55 0.40 0.45 0.45 Ароматические структуры значительно доминируют в составе молекул гуминовых кислот почвы варианта СаСОз по 1.0 г.к., Z=0.40. Макромолекулы ГК почвы варианта 2NPK характеризуются более развитой и неоднородной периферической частью, а в центральной части явно доминируют менее 34 термоустойчивые фрагменты (5200 и 5800 С). Общая потеря массы, приходящаяся на термоустойчивую часть, составляет 40,3%, Z = 0.45. Внесение извести по фону 2NPK «предохраняло» компоненты периферической части от дифференциации по термостабильности и привело к усложнению центральной части макромолекул в составе которой преобладают более термоустойчивые структуры. Таким образом, внесение извести совместно с NPK привело к повышению доли циклических структур при одновременном обогащении гуминовых кислот алифатическими фрагментами, менее устойчивыми к пиролизу, а, следовательно, более биологически и химически активными, способными быстрее вовлекаться в круговорот веществ и защищать стабильную часть гумуса от биологической деструкции. В опыте 3 гуминовые кислоты контрольного варианта наиболее обогащены термически устойчивыми фрагментами, Z = 0.77 (таблица 17). Таблица 17 – Термографическая характеристика гуминовых кислот, (опыт 3) Вариант Контроль Навоз 10 т/га в год NРК, экв. 10 т/га навоза Навоз 10 т/га + экв.NРК адсорбционная влага 80 23.8 70 16.7 60 18.6 70 17.1 Температура эффекта, 0С потеря массы, % от общей низкотемпературная высокотемпературная область область 0 (200-400 С) (>4000С) 220 290 400 540 600 660 11.9 11.9 8.3 19.0 15.5 7.1 220 285 370 505 575 11.1 13.9 9.7 34.7 9.7 200 291 385 495 8.6 14.3 11.4 40.0 215 515 565 25.8 28.6 15.7 Z 0.77 0.78 0.86 0.81 Унавоживание дерново-подзолистой почвы (вариант – Навоз 10 т/га) способствовало обогащению гуминовых кислот биологически активными структурными фрагментами периферической части и увеличению стабильной центральной части макромолекул. Длительное применение минеральной системы удобрения привело к увеличению доли структурных компонентов периферической части и уменьшению количества и термоустойчивости структурных компонентов центральной части макромолекул гуминовых кислот, способствуя тем самым деградации наиболее устойчивой части макромолекулы, что может привести к потере потенциального плодородия почвы. Показатель Z равен 0.86. Иной характер имеет кривая ДТГ при термодеструкции ГК почвы варианта Навоз 10 т/га + NPK экв. 10 т/га навоза. В низкотемпературной области на ней фиксируется только одна термическая реакция, достигающая максимальной скорости при 2150С. Это свидетельствует о том, что периферическая часть сформирована близкими по термоустойчивости компонентами, и ее можно считать однородной по составу. Термически 35 устойчивая часть молекул ГК состоит из двух групп компонентов, которые по содержанию и термоустойчивости близки к таковым центральной части гуминовых кислот варианта Навоз 10 т/га. Низкая термостабильность периферических структур способствует более высокой биологической и химической активности гумусовых соединений, т.е. повышению эффективного плодородия почв. Чем выше значение коэффициента Z, тем выше продуктивность севооборота. Между этими показателями установлена корреляция r= 0.69 . 4. Биологическая активность дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы при различном землепользовании, внесении удобрений и извести Различные подходы к использованию земель сельскохозяйственного назначения повлияли не только на агрохимические, но и биологические параметры плодородия дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы. В опыте 1 в бессменном чистом пару отмечено минимальное значение общей численности микроорганизмов и азотфиксирующих бактерий (таблица 18). Таблица 18 – Влияние приемов землепользования на биологическую активность дерново-подзолистой почвы (опыт 1) Объект исследования 1. Бессменный чистый пар 2. Бессменный ячмень, б/у 3. Типичный с/о, навоз 4. Севооборот с высоким насыщением бобовыми (42.8%), б/у 5. Залежь НСР05 Общая числен ность микроорганизмов АзотНитрификсифицируюрующие, щие свободно- бактерии живущие бактерии тыс. на 1 г почвы 450 15 1.5 Продуцирование С-СО2, мкг/г/сут. Нитрифицирующая способность, мг N-NO3/ кг/14 сут. 90 6.8 Размножение льняной ткани за месяц, % 11.4 1500 15 2.0 118 37 2.5 3500 200 25 137 19.6 9.7 2500 60 15 142 47.3 3.9 400 270 20 9 2 1.7 178 21 4.7 2.4 20.5 3.1 Возделывание ячменя бессменно или введение севооборотов привело к увеличению общего количества микроорганизмов, выделенных на мясопептонном агаре, по сравнению с парующей почвой. Максимальное их 36 количество определено в почве типичного севооборота и составляет 3500 тыс.на 1 г. На этом же варианте было наибольшее количество азотфиксирующих микроорганизмов - 200 тыс. на 1 г почвы. По-видимому, обогащение почвы органическим веществом активизировало деятельность микроорганизмов. Залежная почва, имея кислую реакцию среды (рН 4.7) и плохую аэрацию, характеризуется минимальным содержанием общего количества микроорганизмов, низким содержанием азотфиксирующих бактерий требовательных к среде обитания. Нитрифицирующая способность данной почвы выражена слабо и составляет 4.7 мг N-NO3 /кг/14 сут. Универсальным показателем деятельности почвенных микроорганизмов является продуцирование ими углекислого газа. Наибольшая интенсивность дыхания отмечена для залежной почвы и составляет 178 мкг/г/сут., затем следует почва севооборотных полей. Меньше всего продуцируется С-СО2 почвой бессменного чистого пара. Процесс разложения клетчатки наиболее интенсивно протекал в залежной почве. Известно, что клетчатка может разрушаться как бактериями, так и грибами. По данным Т.В.Аристовской (1980) в кислых дерновоподзолистых почвах грибы преобладают над бактериями. По-видимому, максимальное разложение целлюлозы (20.5%) в залежной почве обязано активной деятельности плесневых грибов в условиях хорошей обеспеченности почвы органическим веществом и азотом. В опыте 2 известкование кислой дерново-подзолистой почвы и внесение умеренных доз минеральных удобрений способствовало существенной активизации почвенной микрофлоры. Как следует из данных таблицы 19, общая численность микроорганизмов возросла с 250 тыс. Таблица 19 - Влияние минеральных удобрений и известкования на биохимические показатели дерново-подзолистой почвы (опыт 2) Без удобрений Азотфиксирующие свободноживущие бактерии тыс. на 1 г почвы 250 12 СаСО3 по 1.0 г.к. 450 СаСО3 по 1.0 г.к. + СаСО3 по 0.5 г.к. 2NРК Вариант Общая численность микроорганизмов Продуци- Нитрифи- Разложерование цирующая ние С-СО2, способность, льняного мкг/г/24ч мг N-NO3/ полотна кг/14 сут. %/мес. 269 22.4 28 150 407 58.1 67 650 200 346 65.8 - 2000 150 220 52.6 29 2NРК + СаСО3 по 1.0 г.к. 2500 200 296 54.8 58 2NРК + СаСО3 по 1.0 г.к. + СаСО3 по 0.5 г.к. НСР05 3500 250 311 86.2 - 175 11 18 4.7 3.9 37 в неудобренной почве до 3500 тыс. на 1 г почвы на варианте 2NРК + СаСО3 по 1.0 г.к.+СаСО3 по 0.5 г.к. На этом варианте наблюдается максимальное количество азотфиксирующих бактерий и максимальная нитрифицирующая способность, чему благоприятствует снижение почвенной кислотности и поступление в почву органического вещества пожнивно-корневых остатков в больших количествах, чем на варианте без удобрений. Между рНKCl и группой микроорганизмов, способных связывать свободный азот атмосферы, выявлена тесная экспоненциальная зависимость (r = 0.70). Еще более тесные взаимосвязи установлены между содержанием в почве активных компонентов углерода (Сtrans) и количеством азотфиксирующих бактерий, r = 0.88 . Учет суммарной эмиссии С-СО2 показал, что наибольшее количество почвенного органического вещества минерализовалось в почве, известкованной по 1.0 г.к.,а минимальное -при внесении в почву полного минерального удобрения. По-видимому, минеральные удобрения без извести подавляют эмиссию СО2 . Уменьшение почвенной кислотности приводит к повышению интенсивности «дыхания» почвы. Между этими показателями выявлена тесная связь, r = 0.81. Отмечена зависимость средней тесноты между интенсивностью выделения С-СО2 и содержанием активной трансформируемой фазы углерода, r = 0.47. Известкование почвы по полной дозе гидролитической кислотности перед закладкой опыта привело к увеличению разложения льняной ткани по отношению к контролю в 2 раза. Внесение извести по фону полного минерального удобрения также способствовало значительной убыли веса ткани. В опыте 3 многолетнее применение минеральных и органических удобрений увеличило общее количество микроорганизмов с 450 тыс. в неудобренной почве до 2500 тыс. на 1 га почвы на варианте Навоз 10 т/га + NРК экв. 10 т/га навоза (таблица 20). Судя по значениям коэффициентов корреляции, изменение общей численности микроорганизмов связано с уровнем почвенной кислотности (r = 0.55) , а также зависит от наличия трансформируемого углерода (r = 0.70) и от содержания азота (общего и минерального), r = 0.60; 0.82 соответственно. Органическая и минеральная системы удобрения способствовали увеличению в 10-13 раз численности азотфиксирующих микроорганизмов, очень чувствительных к среде обитания и отражающих общий уровень плодородия почвы. Нитрифицирующая способность почвы минимальна на контроле (36.5 мг N-NO3/кг/14 сут.). Совместное внесение навоза по 10 т/га и NРК в эквивалентных количествах увеличило способность почвы накапливать нитраты практически вдвое до 64.7 мг/кг почвы. Высокий уровень нитрификационной способности соответствует более высокому содержанию органического вещества в почве, между этими показателями установлена тесная корреляционная связь (r =0.75). 38 Таблица 20 - Влияние систем удобрения на биологическую активность дерново-подзолистой почвы (опыт 3) Вариант 1.Без удобрений (контроль) 2.Навоз 10 т/га в год 3. NPK,экв. 10 т/га навоза 4. Навоз 5 т/га + NPK, экв. 5 т/га навоза 5. Навоз 10 т/га + NPK, экв. 10 т/га навоза НСР05 мкг/г/сут. Нитрифицирующая способность, мг N-NO3/ кг/14 сут. тыс.на 1 г почвы 450 15 288 36.5 25.8 950 200 362 43.1 35.1 1500 150 302 49.5 18.2 2000 200 340 53.6 28.7 2500 200 382 64.7 32.7 184 13 17 4.9 2.9 Общая численность микроорганизмов Азотфиксирующие свободноживущие бактерии Продуцирование С-СО2, Разложение льняной ткани за месяц, % Длительное применение только минеральных удобрений незначительно увеличивало эмиссию С-СО2 относительно контрольного варианта, а систематическое унавоживание усиливало этот процесс. Максимальное количество углекислоты выделяется почвой на варианте совместного применения навоза по 10 т/га и NРК в эквивалентных количествах и составляет 382 мкг/г в сутки. Уменьшение почвенной кислотности привело к повышению интенсивности «дыхания почвы». Между этими показателями выявлена тесная взаимосвязь, коэффициент корреляции равен 0.90. Из полученных результатов следует, что содержание активных компонентов органического вещества (Сtrans) и реакция среды определяют общий уровень биологической активности почвы. 5. Моделирование изменения содержания органического углерода в дерново-подзолистых почвах длительных опытах Пермского НИИСХ Для моделирования изменений содержания гумуса при различных агротехнологиях нами была использована модель динамики углерода RothC26.3, разработанной на Ротамстедской опытной станции (Англия). Модель учитывает следующие входные данные, влияющие на процесс поступления, трансформации и накопления органического вещества в почве: количество осадков (мм), температуру воздуха (о С), дозу навоза (т/га С), процентное 39 содержание физической глины (<0.002 мм) (%), испарение с открытой водной поверхности (мм); ежегодное поступление растительных остатков (т/га С). Статистическая оценка результатов показала, что модель хорошо описывает экспериментальные данные и применима для обработки результатов длительных опытов на дерново-подзолистых тяжелосуглинистых почвах Предуралья. Высокая степень корреляции данных, полученных экспериментально и с помощью моделирования, позволила составить прогноз изменения содержания органического углерода на будущее. Предполагая стационарность среднемноголетних климатических данных и соблюдение типа севооборота и агротехники (опыт 2, контрольный вариант) с помощью моделирования показано, что за 200 лет запасы органического углерода в почве могут уменьшиться с 41.5 до 25.1 т/га. Наиболее активно падение происходит за первые 20 лет землепользования (на 5 т/га), в дальнейшем процесс замедляется и следующие 5 т/га гумуса будут потеряны уже за 35 лет. Ежегодное увеличение поступления органического углерода с 1.2 до 2.3 т/га будет способствовать сохранению исходного уровня содержания органического углерода в почве. Заключение Комплексные исследования, проведенные в длительных стационарных опытах Пермского НИИСХ с использованием современных методов и подходов, а также анализ сформированных за весь период их проведения информационных баз данных позволили подойти к определению оптимальных параметров гумусного состояния пахотных почв региона, используемых на основе зональных агротехнологий. Под оптимизацией состояния гумуса нами понимается достижение определенных количественных критериев основных характеристик, включающих оценку содержания, запасов, качественных показателей состава гумуса, соотношение инертных и активных компонентов, химической структуры и свойств макромолекул гуминовых кислот, которые обеспечивают высокую продуктивность почв при соответствии экологическим критериям и принципам устойчивости: - содержание органического вещества должно превышать его минимальное (критическое) значение; - участие активных компонентов в составе гумуса должно быть достаточным для создания благоприятных условий роста и развития растений в данных почвенно-климатических условиях и обеспечивать экологические функции почв; - высокий уровень плодородия дерново-подзолистых почв определяется оптимальным сочетанием в составе гумуса «зрелых», устойчивых и легко трансформируемых, химически и биологически активных гумусовых веществ; 40 - в бессменном чистом пару преобладают устойчивые, малоактивные формы гумусовых веществ, что приводит к деградации ,снижению эффективного плодородия почв; - в залежи, наряду с сохранением «зрелых», трудно минерализуемых органических веществ имеется достаточно высокое содержание активного, легко трансформируемого углерода. Такое состояние гумуса приближается к оптимальному; - для пахотных почв оптимальное сочетание активных и устойчивых компонентов в составе гумусовых веществ имеет место при органоминеральной системе удобрения (навоз 10 т/га + экв. NPK) и при известковании почвы по фону минеральных удобрений. Гумусное состояние этих почв позволяет получать стабильно высокие урожаи сельскохозяйственных культур, улучшать агрохимические свойства, обеспечивая растения необходимыми элементами питания. Поэтому количественные характеристики основных показателей гумусного состояния почв этих вариантов можно ориентировочно принять за оптимальные для данных почвенно-климатических и агротехнологических условий (таблица 21). Таблица 21 – Оптимальные параметры гумусного состояния пахотных дерново-подзолистых тяжелосуглинистых почв Предуралья Гумус, % Запасы гумуса, т/га Сорг., % Сtrans в составе гумуса, % 1.10-1.40 0.20-0.40 (0-100 см) 1.90 ≤ 2.40 145.0–160.0 Содержание гумусовых кислот 1-й фракции, % к Сорг., почвы 9.6-10.6 Содержание гумусовых кислот 2-й фракции, % к Сорг., почвы 23.9-29.7 СГК СФК 0.73-0.78 Выводы 1. Комплексное исследование гумусного состояния дерново-подзолистых тяжелосуглинистых почв трех длительных (25-32 г) опытов Пермского НИИСХ на основе использования современных методов и подходов позволили дать всестороннюю оценку его количественным и качественным параметрам. Анализ взаимосвязи параметров гумусного состояния с урожаями сельскохозяйственных культур, продуктивностью почв, основными агрохимическими показателями ( рН, подвижный Р и К, гранулометрический состав) и биологическими свойствами почвы позволили выявить направленность изменения гумусного состояния при разных условиях землепользования, применения удобрений и извести и определить 41 ориентировочные оптимальные параметры основных показателей гумусного состояния для типичных дерново-подзолистых тяжелосуглинистых почв Предуралья. 2. Динамика и баланс гумуса почв находятся в тесной зависимости от систем землепользования: - значительное снижение уровня содержания гумуса отмечено в бессменном пару – на 30% в сравнении с исходным; при экстенсивном землепользовании (ячмень бессменно, без удобрений) содержание гумуса снизилось на 19%; в зерно-травяно-паровом севообороте на вариантах без удобрений и при раздельном внесении NPK и извести - на 12.7-20.2%.; - системы удобрения с навозом в дозах 6 т/га в год сохраняли исходный уровень содержания гумуса, а применение навоза совместно с NPK повышало его на 10-15%; - известкование почвы по 1 г.к. перед закладкой опыта и (поддерживающее) – по 0.5 г.к. раз в две ротации севооборота по фону NPK обеспечило сохранение исходного уровня содержания гумуса и улучшение всего комплекса агрохимических свойств почв; - системы удобрения с повышенной дозой навоза - 20 т/га в год совместно с эквивалентной дозой NPK повышали исходный уровень содержания гумуса на 18% и даже несколько превышали его содержание в почве залежных угодий. 3. Динамика гумуса во всех исследуемых почвах характеризуется установление в течение 8-16 лет устойчивого тренда содержания гумуса в соответствии с системой землепользования. Уровень гумуса, установившийся за 25 лет в бессменном пару, составляющий – 1.34% (0.78% ±0.01% С) условно принят за минимальный уровень ( Сmin) содержания гумуса в дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве Предуралья. 4. Различные системы землепользования оказывают существенное воздействие на содержание активного пула углерода (Сtans ) На основе созданной электронной базы данных исследуемых опытов определен уровень содержания Сtans, обеспечивающий высокую урожайность сельскохозяйственных культур, составляющий для тяжелосуглинистых дерново-подзолистых почв региона 0.20-0.40%. Содержание Сtans на уровне – 0.28-0.30% С позволило получать урожай яровой пшеницы по 3.05-3.09 т/га, а при Сtans - 0.20-0.34% С урожай озимой ржи достигал 3.07-3.60 т/га. 5. Изучение распределения углерода и азота по профилю исследуемой почвы показало, что основные изменения органопрофиля наблюдаются в верхних слоях (0-40 см) и обусловлены типом землепользования, внесением органических и минеральных удобрений, известкованием. В целом распределение гумуса по профилю остается характерным для дерновоподзолистых тяжелосуглинистых почв. Минимальными запасами гумуса и азота в слое 0-100 см характеризуется почва бессменного пара – 104.6 т/га и 6.62 т/га соответственно, максимальными – почва пашни с длительным применением органоминеральной 42 системы удобрения (навоз 20 т/га +экв. NPK) – 169.8 и 11.29 т/га соответственно. 6. Фракционно-групповой состав гумуса при различном землепользовании и длительном применении удобрений сохраняет характерные для данного типа почв признаки. Тип гумуса – фульватный или гуматно-фульватный. В тоже время типы землепользования, системы удобрений, известь оказывают влияние на состав гумуса, проявляющееся в некотором перераспределении фракций: - длительное применение минеральных и органических удобрений увеличивает содержание в составе гумуса подвижной фракции, а известкование – уменьшает; бессменное парование приводит к потере наиболее ценных компонентов в составе гумуса – гуминовых кислот и накоплению группы фульвокислот; залежная почва характеризуется повышенным содержанием как подвижных, так и более устойчивых к микробиологической деструкции гумусовых веществ 2 фракции. - известкование повышает содержание гуминовых кислот, связанных с кальцием, минеральные удобрения без извести увеличивают содержание фульвокислот в составе гумуса; - длительное применение навоза отдельно или совместно с NPK повышает степень гумификации органического вещества почвы, увеличивает содержание, как подвижной фракции, так и 2-й устойчивой к минерализации фракции гуминовых кислот. С агрономической и экологической точки зрения такой состав гумуса является наиболее благоприятным. 7. Воздействие систем удобрений и извести на качественный состав гумуса в значительной степени определяется их воздействием на кислотность почвы. Наши исследования подтверждают данные ряда авторов о взаимосвязи кислотности почв с фракционным составом гумуса. Установлена прямая корреляционная связь средней силы между рНКСl и содержанием суммы гуминовых кислот, r=0.33-0.67; обратная связь с содержанием гуминовых кислот 1-й фракции, r= -0.62; прямая связь с содержанием гуминовых кислот, связанных с кальцием , r= 0.79 (опыт 2), r= 0.66 (опыт 3). 8. Исследования элементного состава, химической структуры и свойств макромолекул гуминовых кислот, выделенных препаративно из исследуемых почв показало, что различные приемы землепользования, системы удобрения и известкование не изменяли общие принципы строения и пределы содержания С,Н,О,N, характерные для гуминовых кислот дерновоподзолистых почв, но имеют свои зонально-генетические особенности и претерпевают следующие изменения: - гуминовые кислоты бессменного пара имеют по данным элементного анализа наименьшее, чем в других исследуемых объектах значение 43 отношения Н/С равное 0.92; по данным ИК спектроскопии – большее содержание ароматических структур; по данным дифференциальнотермического анализа - низкое значение коэффициента Z = 0.48 (показатель соотношения периферических, - слабоустойчивых к термодеструкции и центральных – устойчивых фрагментов молекулы гуминовых кислот). Все это указывает, что при длительном паровании макромолекула гуминовых кислот обедняется алифатическими структурами, увеличивается доля устойчивых компонентов; - известкование почвы без применения минеральных удобрений повышало устойчивость гуминовых кислот к термодеструкции (Z=0.40). Внесение извести совместно с NPK способствовало накоплению устойчивых фрагментов при одновременном увеличении периферической части; - минеральные системы удобрения по всем показателям четко усиливали алифатическую природу гуминовых кислот; - органические удобрения (навоз) отдельно и совместно с NPK обогащали гуминовые кислоты как фрагментами центральной части, так и периферической. 9. Длительное применение удобрений, извести увеличивало общую численность микроорганизмов, содержание азотфиксирующих и нитрифицирующих бактерий, повышало эмиссию СО2 из почвы. Между содержанием Сtans и биологическими параметрами установлены тесные взаимосвязи: коэффициент корреляции варьирует в опытах 2 и 3 в интервале 0.70-0.97; коэффициент корреляции с эмиссией СО2 составляет 0.81-0.97. Снижение кислотности активизирует деятельность почвенных микроорганизмов, о чем свидетельствуют высокие коэффициенты корреляции между рН и исследуемыми показателями биологической активности почвы. 10. Проведена верификация динамической модели баланса и трансформации гумуса Roth-С. Высокая степень корреляции данных, полученных экспериментально и с помощью моделирования, позволяет рассматривать расчетные данные как реальные, отражающие ежегодную динамику содержания органического углерода. Составлен прогноз изменения содержания органического углерода на 200 лет для почв при использовании современных агротехнологий без учета возможных изменений климата в данном регионе. 11. На основе сформированной информационной базы данных длительных опытов разработаны ориентировочные оптимальные показатели гумусного состояния пахотных дерново-подзолистых тяжелосуглинистых почв, обеспечивающие высокую урожайность сельскохозяйственных культур при современной зональной агротехнике в Предуралье. 44 Список научных трудов по теме диссертации 1. Завьялова Н.Е. Соснина И.Д. Состояние плодородия дерновоподзолистых почв в условиях интенсивного землепользования //Аграрная наука Евро-Северо-Востока, 2003, № 4 С.12-17. 2. Завьялова Н.Е., Косолапова А.И., Митрофанова Е.М., Ямалтдинова В.Р. Гумус и механический состав известкованной дерново-подзолистой почвы //Аграрная наука Евро-Северо-Востока, 2004, № 5. – С. 66-74. 3. Завьялова Н.Е., Косолапова А.И., Соснина И.Д. Гумусное состояние и азотный фонд дерново-подзолистой почвы Предуралья в условиях интенсивного землепользования//Агрохимия. 2004, № 9. – С. 21-25. 4. Завьялова Н.Е., Косолапова А.И., Ямалтдинова В.Р. Изменение основных агрохимических параметров плодородия дерново-подзолистой почвы под влиянием длительного применения систем удобрений //Доклад РАСХН, 2004, № 3. – С. 75-76. 5. Завьялова Н.Е., Косолапова А.И., Соснина И.Д. Влияние интенсивности использования пашни на гумусное состояние дерновоподзолистой тяжелосуглинистой почвы //Агроэкологические функции органического вещества почв и использование органических удобрений и биоресурсов в ландшафтном земледелии: Тез.док. Международной научнопрактической конференции: М., 2004. - С.226-231. 6. Завьялова Н.Е., Косолапова А.И., Митрофанова Е.М. Значение известкования и минеральных удобрений для сохранения плодородия дерново-подзолистой почвы и продуктивности севооборота //Доклады РАСХН, 2005, № 2. – С. 31-32. 7. Завьялова Н.Е., Косолапова А.И., Митрофанова Е.М. Влияние извести на показатели плодородия дерново-подзолистой почвы //Плодородие, 2005, № 1. – С. 26-28. 8. Завьялова Н.Е., Косолапова А.И., Ямалтдинова В.Р. Влияние длительного применения органических и минеральных удобрений на трансформацию органического вещества дерново-подзолистой почвы//Агрохимия, 2005, № 6. – С. 5-10. 9. Завьялова Н.Е., Косолапова А.И., Ямалтдинова В.Р. Трансформация органического вещества почвы и удобрений в севообороте в зависимости от вида пара // Гуминовые вещества в биосфере: Тез. док. III конференции – Л., 2005. - С. 135-136. 10. Завьялова Н.Е.,Косолапова А.И., Ямалтдинова В.Р. Влияние длительного применения систем удобрения на гумусное состояние дерновоподзолистых почв Предуралья //Гуминовые вещества в биосфере: Тез.док. на III конференции – Л., 2005. С. 133-135. 11..Завьялова Н.Е, Косолапова А.И., Ямалтдинова В.Р. Влияние вида пара и органических удобрений на воспроизводство органического вещества дерново-подзолистой почвы //Основные итоги и приоритеты научного 45 обеспечения АПК Евро-Северо-Востока: Тез.док. Международной научнопрактической конференции. Киров, 2005. – С. 284-288. 12. Завьялова Н.Е., Косолапова А.И., Митрофанова Е.М. Влияние длительного применения минеральных удобрений и известкования на распределение биогенных элементов и гумуса по профилю дерновоподзолистой почвы //Агрохимическая эффективность применения средств химизации в современных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур.Тез.док. на Международной научной конференции. – М., 2005. С. 4750. 13.Володарская И.В., Канзывая С.О., Завьялова Н.Е. Использование показателей фракционно-группового состава и оптических свойств гумуса для обоснования результатов системного изучения агрогенной трансформации органического вещества (По исследованиям в длительных опытах на средне- и тяжелосуглинистых почвах) //Методы исследований органического вещества почв. М.: Россельхозакадемия. – ГНУ ВНИПТИОУ, 2005. – С. 86-101. 14. Завьялова Н.Е., Косолапова А.И., Митрофанова Е.М. Изменение агрохимических свойств дерново-подзолистой почвы по профилю под влиянием длительного применения минеральных удобрений и известкования //Совершенствование системы земледелия Уральского региона. Координационное совещ., Екатеринбург, 2005. – С. 80-85. 15. Завьялова Н.Е. Методические подходы к изучению гумусного состояния пахотных почв //Плодородие, 2006, № 1. – С. 11-15. 16. Завьялова Н.Е., Ямалтдинова В.Р. Изменение биологической активности дерново-подзолистой почвы при длительном применении удобрений //Доклады РАСХН, 2006, № 3. – С. 39-42. 17. Завьялова Н.Е., Косолапова А.И, Ямалтдинова В.Р. Биологические показатели плодородия дерново-подзолистой почвы при длительном применении удобрений //Совершенствование организации и методологии агрохимических исследований в географической сети опытов с удобрениями. Материалы Всероссийской научно-методической конференции, М., 2006. – С. 116-120. 18. Завьялова Н.Е.,Косолапова А.И, Ямалтдинова В.Р. Влияние длительного применения органических и минеральных удобрений на продуктивность культур полевого севооборота и баланс элементов питания //Совершенствование организации и методологии агрохимических исследований в географической сети опытов с удобрениями. Материалы Всероссийской научно-методической конференции. М., 2006. – С. 50-52. 19.Завьялова Н.Е, Косолапова А.И. Гетерогенность органического вещества дерново-подзолистой почвы //Агрохимические приемы повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур в 46 адаптивно-ландшафтных системах земледелия. Тез.док. Международной научной конференции, Москва, 2006. – С. 35037. 20. Косолапова А.И., Завьялова Н.Е. Приемы повышения устойчивого развития агроландшафтов Предуралья //Там же – С. 314-316. 21. Завьялова Н.Е. Плодородие дерново-подзолистой различном использовании //Плодородие, 2006, № 4. – С. 26-28. почвы при 22. Завьялова Н.Е., Косолапова А.И., Митрофанова Е.М. Агроэкологические аспекты применения нетрадиционных видов органических удобрений //Аграрная наука Евро-Северо-Востока, Киров, 2006, № 8. – С. 101-105. 23. Косолапова А.И., Завьялова Н.Е. Агроэкологические аспекты адаптивно-ландшафтного земледелия и органическое вещество пахотных почв. – Изд-во Пермского НИИСХ, 2006. – 190 с.