Автореферат (Повышение плодородия почв выработанных торфяников Мещерской низменности удобрениями длительного действия)

На правах рукописи

ПЕРЕГУДОВ СЕРГЕЙ ВИКТОРОВИЧ

Повышение плодородия почв выработанных

торфяников Мещерской низменности

удобрениями длительного действия

Специальность 06.01.02 – Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Москва – 2008

Работа выполнена в отделе природоохранных технологий Всероссийского

научно-исследовательского института гидротехники и мелиорации

им. А.Н. Костякова (ГНУ ВНИИГиМ Россельхозакадемии)

Научный руководитель- доктор технических наук,

профессор, академик РАСХН

Б.М. Кизяев

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор

А.В. Шуравилин

кандидат сельскохозяйственных наук

Ю.А.Томин

Ведущая организация: Рязанский Государственный

агротехнологический университет

им. В.А. Костычева

Защита состоится 2008 г. в часов на заседании диссертационного

совета Д 006.038.01 во Всероссийском научно-исследовательском институте

гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова по адресу: 127550, Москва,

ул. Б. Академическая, 44

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ВНИИГиМ

Россельхозакадемии

Автореферат разослан « » 2008 года

Ученый секретарь

диссертационного совета, д.т.н. Исаева С.Д.

Общая характеристика работы

Актуальность. В комплексе мероприятий по повышению эффективности АПК России особое место уделяется проблеме повышения плодородия почв. В решениях Всемирной конференции ООН по окружающей среде (1992 г., Рио-де-Жанейро) отмечено, что рациональное использование почв должно стать центральным звеном государственной политики, поскольку состояние почв определяет судьбу человечества и оказывает решающее воздействие на окружающую среду.

В настоящее время по данным агрохимической службы в России 45% пашни характеризуется низким содержанием гумуса, 23 % - дефицитом фосфора и 9 % - калия. По прогнозам экспертов, вынос элементов питания из почвы может в несколько раз превысить их поступление с удобрениями. Поэтому в принятой правительством ФЦП «Сохранение и восстановление плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения и агроландшафтов как национального достояния России на 2007-2010 годы» и Госпрограмме «Развитие сельского хозяйства и регулирование рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012 годы» среди основных целей определена задача сохранения и воспроизводства природно-ресурсного потенциала и повышения плодородия почв. Составляющие повышения плодородия почв представляют собой совокупность самых разнообразных факторов, влияющих на потенциальную отдачу сельскохозяйственных угодий в виде урожая. Среди множества почвенных разностей особое место занимают торфяные почвы и почвы выработанных торфяников, выполняющие особую ландшафтно-гидрологическую и геохимическую функцию земли. Торфяной гумус менее устойчив к разложению, чем гумус минеральных почв. Этому требованию больше всего отвечает использование выработанных торфяников под долголетние культурные сенокосы и пастбища. Они не только уменьшают минерализацию органического вещества, но и предохраняют от ветровой эрозии. В процессе длительного использования часть из них утратили свои природные свойства за счет интенсивной минерализации органического вещества и потеряли экологическую устойчивость. Предотвратить процесс деградации и повысить плодородие таких почв актуальная и своевременная задача.

Цель и задачи исследований. Целью настоящих исследований является разработка комплекса мелиоративных и агротехнических мероприятий, направленных на устойчивое повышение плодородия почв выработанных торфяников при использовании органических удобрений длительного действия.

Для реализации цели были поставлены следующие задачи:

- изучить и дать анализ факторов, влияющих на сохранение и восстановление плодородия почв;

- определить состав органических удобрений длительного действия;

- оценить влияние органических удобрений длительного действия на урожайность сельскохозяйственных культур и содержание гумуса в почве выработанного торфяника;

- разработать рекомендации по восстановлению и поддержанию плодородия длительно используемых почв выработанных торфяников;

- выполнить прогноз запасов гумуса в почве при проведении комплекса агротехнических и мелиоративных мероприятий.

Методика проведения исследований. Натурные исследования проводились на деляночном опыте на землях ОПХ «Полково» (Рязанская область, Рязанский район) по методике Доспехова. Агрометеорологические наблюдения осуществлялись при помощи автоматической метеостанции METEOSCAN PRO 923. Отбор почвенных проб проводился в соответствии с ГОСТом 28168-89. Для определения водно-физических свойств почв использовались стандартные методики. Содержание гумуса определялось по методу Тюрина, определение рН проводилось в соответствии с ГОСТом 26483-85, содержание подвижных форм фосфора и калия – по ГОСТу 26207-91, содержание общего азота – по Кьельдалю, аммонийного азота – по ГОСТу 26489-85, величина гидролитической кислотности – по ГОСТу 26212-91.

Урожай учитывался в соответствии с методикой Доспехова (1973), учет распределения массы корневых систем в почвенной толще осуществлялся количественно-весовым методом. Исследования химического состава ипитательной ценности многолетних трав выполнялось по требованиям и нормативам качества для сена по следующим показателям:

-химический состав (содержание сырого протеина, сырой клетчатки, сырой золы) и питательность кормов (содержание кормовых единиц, обменной энергии, перевариваемого протеина, кальция, фосфора и каротина) в соответствии с ГОСТами 13496.4-93, 13496.2-91, 26226-95, 26570-95, 26657-97, 13496.17-95;

-содержание тяжелых металлов (свинца, кадмия, меди и цинка) в соответствии с ГОСТом 30692-2000.

Научная новизна работы состоит в том, что:

- теоретически обоснован комплекс агротехнических и мелиоративных мероприятий, обеспечивающий сохранение и повышение плодородия почв выработанных торфяников;

- установлено влияние органических удобрений длительного действия на урожайность многолетних трав и содержание гумуса в почве;

- выявлены закономерности изменения биометрических показателей многолетних трав и качества кормов при использовании вермикомпоста и удобрительно-мелиорирующей смеси;

- дана оценка влияния режима увлажнения на урожайность многолетних трав;

- разработаны рекомендации по восстановлению и поддержанию почвенного плодородия длительно используемых почв выработанных торфяников.

На защиту выносится:

- теоретическое обоснование комплекса агротехнических и мелиоративных мероприятий, обеспечивающего сохранение и повышение плодородия почв выработанных торфяников;

- результаты исследований по выявлению влияния удобрений длительного действия и орошения на урожайность многолетних трав, содержание гумуса в почве и качество кормов;

- закономерности биометрических показателей многолетних трав при использовании вермикомпоста и удобрительно-мелиорирующей смеси;

- рекомендации по восстановлению и поддержанию почвенного плодородия почв выработанных торфяников длительного использования.

Достоверность полученных результатов подтверждена большим объемом информации, полученной в результате многолетних полевых экспериментов, статистической обработкой полученных данных, использованием современных методов исследований и применением утвержденных методик для определения необходимых показателей в аттестованных лабораториях.

Личное участие автора. Теоретические и экспериментальные исследования, представленные в работе, выполнены автором как самостоятельно, так и в соавторстве. Лично автору принадлежит постановка эксперимента, подготовка и проведение полевых исследований, обработка полученных данных, реализация технологических решений в ОПХ «Полково». Исследования выполнялись в период 2005-2008гг. по программе Россельхозакадемии, заданию 03.01.01 «Разработать технологии проектирования, эксплуатации и управления мелиоративными системами, обеспечивающие воспроизводство природно-ресурсного потенциала агроландшафтов»

Практическая значимость работы. Разработанные рекомендации по восстановлению и повышению почвенного плодородия могут быть использованы сельскохозяйственными предприятиями для предотвращения деградационных процессов на выработанных торфяников, повышения урожайности и качества сельскохозяйственных культур.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на Юбилейной международной научно-практической конференции (Костяковские чтения, «Проблемы устойчивого развития мелиорации и рационального природопользования», Москва, 2007 г.); на Международной конференции «Вермикомпостирование и вермикультирование как основа Экологического земледелия в XXI веке», Минск, 2007 г.; на секциях Ученого Совета ВНИИГиМ, (Москва, 2005, 2006, 2007 г.г.).

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 4 научных работах, в том числе одна в журнале, рекомендованном ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и рекомендаций производству, изложена на 131 стр. машинописного текста, иллюстрирована 26 рисунками, содержит 37 таблиц, список литературы включает 108 наименований, в том числе 6 иностранных изданий.

Автор выражает благодарность д.т.н., профессору Л.В. Кирейчевой за консультации, а также сотрудникам института И.В. Беловой, К.Н. Евсенкину и В.М. Яшину за оказание помощи при проведении исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе на основе анализа литературных источников рассмотрена проблема восстановления и целенаправленного регулирования почвенного плодородия деградированных земель. Пути повышения почвенного плодородия связаны с ликвидацией причин и последствий деградации и восстановлением их исходного вещественного состава. В работах И.И. Карманова, В.И. Кирюшина, Н.Б. Хитрова, Д.С. Орлова, Ф.Р. Зайдельмана, И.В. Кузнецова, Н.В. Иванова, А.И. Куликова, Л.В. Кирейчевой, Нгуен С. Хая и многих других предложена систематизация процессов деградации, позволяющая обосновать мероприятия, направленные на повышение плодородия деградированных почв. Среди множества взаимосвязанных элементов плодородия почвы важнейшее значение имеют содержание органического вещества и его качественное состояние, от которого зависят физико-химические и агрономические свойства пахотного слоя, агрегатное состояние и водопрочность микроструктуры.

Воспроизводство гумуса обеспечивается применением системы мероприятий, позволяющих повысить вещественно-энергетическое состояние почвы и активизировать процессы гумификации. На практике это достигается оптимизацией структуры севооборота, рациональной обработкой почвы, правильным применением органических, минеральных удобрений и химмелиорантов, регулированием теплового, водного и кислотно-щелочного режимами почв. Традиционно агромелиоративные приемы, направленные на повышение содержания гумуса в почвах, основаны на внесении значительных доз органических удобрений в виде навоза (Д.Н. Прянишников, Т.Н. Кулаковская, Н.Г. Ковалев, В.И. Кирюшин, А.М. Лыков, Г.Е. Мерзлая, В.Г. Сычев, Л.Л. Шишов и др.). Как правило, дозы удобрений рассчитываются исходя из потребностей растений в элементах питания, поэтому при воспроизводстве почвенного плодородия помимо органического вещества требуется внесение илистой фракции, обеспечивающей формирование органоминеральных комплексов способствующих закреплению гумусовых веществ в почве (Л.В. Кирейчева, О.Б. Хохлова).

Для стабилизации плодородия почв, помимо внесения всех видов органических веществ, необходимым условием является использование биологических ресурсов, прежде всего бобовых культур и многолетних трав. Многолетние травы накапливают в почве втрое больше органического вещества, чем другие полевые культуры в сходных условиях выращивания. Использование многолетних трав обеспечивает положительный баланс органического вещества на всех типах почв. Для того чтобы процесс гумификации органического вещества протекал эффективно необходимо обеспечить требуемую численность микроорганизмов и их биологическое разнообразие (Коржаков, Трофимова, 2003, 2004). Важную роль в процессах гумификации органических остатков играет гидротермический режим почв. Обстоятельный обзор работ по влиянию этих факторов на интенсивность разложения и минерализации растительных субстратов дан М.М. Кононовой (1963).

Анализ литературных источников показал, что для целенаправленного управления балансом гумуса необходим комплексный подход, предусматривающий обеспечение постоянного поступления в почву органического вещества не только за счет расширения объемов использования навоза и компостов на его основе и других органических веществ, расширения посевов многолетних трав (бобовых, злаковых и их травосмесей), введения в севообороты промежуточных культур и других источников органического вещества, - но и за счет усиления процессов гумификации, а также регулирования гидротермического режима, повышения биологической активности почв, соблюдения агротехнических требований к качеству работ.

В почвенном покрове России торфяные и оторфованные почвы выделяются по содержанию и запасом органического вещества и азота, а также влагообеспеченности. Это послужило побудительным мотивом их широкого мелиоративного освоения для сельскохозяйственных целей.

Ранее проведенными исследователями были изучены режимы осушенных торфяных почв и предложены показатели оценки их агрохимического и биологического состояния (Э.А. Бишоф, В.Н. Ефимов, Л.И. Инишева, А.С. Моторин, А.И. Поздняков, Н.Г. Рудой, В.Ф. Шебеко, В.Я. Черненок и др.; исследован процесс осадки и сработки торфа, потери органического вещества при сельскохозяйственном использовании осушенных торфяных почв (Н.Н. Бамбалов, Ю.А. Томин, Б.С. Маслов, С.Г. Скоропанов и др.). Показано, что в результате длительного использования торфяные почвы потеряли свои генетические свойства и стали трансформироваться в антропогенно- преобразованные почвы (Ф.Р. Зайдельман). Поэтому в настоящее время важной проблемой является повышение продуктивности и экологической устойчивости торфяных почв и почв выработанных торфяников путем стабилизации или повышения их гумусового состояния. Эта проблема носит специфический характер и не может быть решена приемами, рекомендуемыми для других почв из-за легкого гранулометрического состава и бедности химическими элементами почвообразующих пород, а также неблагоприятных водно-физических и агрохимических свойств. Большими потенциальными возможностями на этих почвах обладают многолетние травы, как наиболее адаптированные к особенностям условий на мелиорированных землях. Кроме того, многолетним травам принадлежит важная роль в повышении плодородия торфяных почв, обеспечении в них бездефицитного баланса гумуса за счет сдерживания в корнеобитаемой зоне процесса минерализации органического вещества торфа, что обеспечивает устойчивость почв к деградационным процессам и сохранение агроландшафтов гумидной зоны.