Влияние удобрительно-мелиорирующих смесей на физическое состояние чернозема обыкновенного деградированного

Управлять почвенным плодородием возмо^но только при дости^ении оптимальных показателей по физическим и физико-химическим свойствам почв. Если почвы остаются под влиянием негативных процессов, то есть уплотнены, обесструктурены, осолонцованы, засолены, то вносить минеральные и органические удобрения нецелесообразно, так как эти мероприятия не дадут дол^ного эффекта. Оптимизировать условия ^изни растений, в том числе почвенные, мо^но и путем улучшения агрофизического состояния почв [1]. Для этого достаточно определить и оценить значения некоторых физических свойств почв. Они доступно и полно представлены в работах Н.^. Качинского, ^.Г. Бондарева, В.В. Медведева, Е.В. Шеина, а так^е других авторов [2-5].

Регулирование уро^ая сельскохозяйственных культур не мо^ет быть достигнуто, пока нерегулированным остается физический фактор [6].

Известно, что при увла^нении быстрее подвергаются уплотнению почвы тя^елого гранулометрического состава: средние и тя^елые суглинки, глины, то есть почвы, в которых содер^ание физической глины превышает 40%. Кроме того, если почвенные агрегаты водоустойчивы, прочные и достаточно плотные, то почва меньше уплотняется.

Чем выше содер^ание гумуса, тем менее уплотнена почва и при наличии гумуса почва быстрее разуплотняется, то есть переходит в рыхлое состояние [6].

Орошение черноземов обыкновенных обуславливает однонаправленное и отчетливо выра^енное изменение основных показателей физического состояния в сторону их ухудшения. Так плотность сло^ения почв увеличивается в пределах полутораметровой толщи на 0,06-0,13 т/м3, что является следствием как уменьшения содер^ания гумуса и деградации структуры, так и дальнейшей более глубокой перестройки почвенного пространства [7,8].

Наиболее оптимальные условия в пахотном горизонте для большинства растений создаются при плотности сло^ения 1,0-1,2(1,3) т/м3. При таких показателях почва водопроницаема и влагоемка и в ней создается экологическая гармония – это когда вода и воздух содер^атся в равных по объему количествах, что соответствует вла^ности почвы по уровню 60-70% (НВ) – наименьшая (полевая) влагоемкость[9].

Отсюда следует, что регулирование физических свойств почв, используя различные агромелиоративные приемы, остается актуальной задачей в проблеме повышения плодородия почв.

Цель исследований – изучить влияние удобрительно- мелиорирующих смесей (УМС), приготовленных из местных отходов промышленности и сельского хозяйства, на физические свойства чернозема обыкновенного деградированного в результате поливов слабоминерализованной водой сульфатно-натриевого состава. Источник орошения – Весёловское водохранилище. Минерализация воды в среднем составляет 1,7 г/дм3.

Изучаемые почвы – чернозём обыкновенный среднесолонцеватый с содер^анием в 0-40 см слое обменного натрия в почвенном поглощающем комплексе (ППК) 11%, обменного кальция 71% и обменного магния 18%, незасолён, но имеет среднещелочную реакцию.

Для создания УМС использовались следующие компоненты: терриконовая порода (Т.п), электролит травления стали (ЭТС), птичий помёт (П.п), измельченная солома(Сол.). Одним из компонентов компоста выступал фосфогипс (Ф).

Полевой опыт зало^ен в ГП «Батайское» в октябре 2007 года по следующей схеме:

• 1.    Контроль

• 2.    Компост (П.п + Ф –1:1) –19 т/га

• 3.    УМС ( П.п. + Т.п. + ЭТС – 2:1:1) – 33 т/га

• 4.    УМС ( П.п. + Т.п. + ЭТС – 1:1:2) – 22 т/га

• 5.    УМС ( П.п. + ЭТС + Сол. – 1:2:1) – 26 т/га

• 6.    УМС ( П.п. + Т.п. + ЭТС + Сол – 1:1:2:1) – 26 т/га

Дозы УМС рассчитывались на полное вытеснение натрия из ППК и замещение его на кальций [10]. Вначале определялась доза гипса:

Д г. = 0,086 *h * d * Nа,                          (1)

где Д г — доза гипса в расчете на полное вытеснение обменного натрия, т/га;

• h - мощность мелиорируемого слоя, см;

• d — плотность сло^ения почвы, т/м³ ;

Na - содер^ание обменного натрия, ммоль /100 г.

Для учета мелиорирующей основы, используемых УМС, необходимо ввести в формулу (2) дополнительный коэффициент:

Д умс = Д г * К ,                               (2)

где Д умс - доза УМС, т/га;

К – коэффициент, учитывающий содер^ание мелиорирующих веществ в средстве. Например, для УМС (П.п.+Т.п. - 1: 2), у которого мелиорирующая основа в пересчёте на чистый гипс составляет 25%, К = 100/25 = 4.

Полевой опыт мелкоделяночный (5 * 6 = 30 м2). Компост и УМС вносились осенью 2007 года под основную вспашку, в последующие годы изучалось их последействие. Площадки для отбора образцов почв и определения плотности сло^ения почв в шурфах из года в год оставались постоянными. Сроки поливов устанавливались исходя из запасов влаги в почве, а поливные нормы рассчитывались по формуле Костякова. Ре^им орошения сельскохозяйственных культур поддер^ивался на уровне 80 % от НВ. Расчётный слой - 0-60 см. Поливы производились до^деванием машиной ДД^ -100М^. Повторность опыта – трёхкратная. ^гротехника, общепринятая для Ростовской области согласно рекомендациям зональных систем земледелия. Образцы почв для определения гранулометрического, агрегатного и микроагрегатного составов отбирались е^егодно осенью после уборки сельскохозяйственных культур по слоям 0-20 см и 20-40 см. ^нализы почв проводились в эколого-аналитической лаборатории ФГБНУ «РосНИИПМ». Методика исследований и статистическая обработка общепринятые. При оценке результатов анализов почв использовались «Руководство по контролю и регулированию почвенного плодородия орошаемых земель при их использовании» (2000 г.) [10] и «Справочник по оценке почв» (2004 г.) [9]. Для построения рисунков использовалось программное обеспечение Microsoft Office Excel. Исследуемые черноземы в исходном состоянии (до мелиорации) были сильно уплотнены как в слое 0-20 см, так и в слое 20-40 см. В целом в 40 см слое плотность сло^ения почвы составляла 1,31 т/м3 и характеризовалась как сильно-уплотненная по Качинскому [10]. Соответственно и порозность в слое почвы 0-40 см относилась к категории неудовлетворительной.

Причины уплотнения орошаемых почв связаны с механическим воздействием сельскохозяйственной техники и в нарушении структуры под влиянием химических процессов – осолонцевания и ощелачивания, характерных для орошаемых массивов и сопрово^дающихся диспергацией почвенной массы с последующим ее уплотнением.

Об этом свидетельствуют результаты определения содер^ания агрегатов 0,25 –10,0 мм при мокром просеивании, по которым оценивается структурное состояние и сумма водопрочных агрегатов> 0, 25 мм, характеризующих их водопрочность. До мелиорации структурное состояние черноземов, согласно классификации, в слоях 0-20 и 20-40 см было удовлетворительное. Коэффициент дисперсности для чернозема обыкновенного тя^елосуглинистого состава не дол^ен превышать 10 %. В исследуемых нами черноземах до проведения химической мелиорации он составлял 24-23 единицы, что свидетельствует об их физической деградации.

Влияние компоста и удобрительно-мелиорирующих смесей после 3 и 6 лет их воздействия на уплотнение, порозность, структурное состояние, водопрочность в слоях 0-20 см и 20-40 см представлено в таблице 1, а водопрочность для слоя 0-40 см (рис. 1).

У^е после 3-х лет последействия всех исследуемых мелиорирующих средств было выявлено, что компост и УМС, особенно при присутствии в них 2-х частей ЭТС, оказывали поло^ительное влияние на физические свойства почв, так как именно ЭТС, как кислый мелиорант, способствует коагуляции почвенных частиц, образованию водопрочных агрегатов и улучшению структурного состояния.

По плотности сло^ения почвы на всех вариантах из категории сильно уплотненной пашни перешли в категорию уплотненной, порозность из неудовлетворительного состояния перешла в удовлетворительное. ^грономически ценные агрегаты при мокром просеивании составляли от 55 до 57 %, что позволяет оценить структурное состояние как хорошее. Это подтвердили данные по расчету коэффициента дисперсности (К д ) и водопрочности (табл.1, рис.1)

Таблица 1. Влияние удобрительно-мелиорирующих средств на физические свойства чернозема обыкновенного деградированного

Вариант опыта	Слой почвы, см	Плотнос ть почв, т/м 3	Пороз ность, %	Структурное состояние (мокрое просеивани), %	Водопрочность %	Коэффи -циент дисперс ности
До мелиорации (2007 год)
Среднее по участку	0-20	1,24	50	47	11	14
	20-40	1,33	48	42	10	13
Третий год последействия (2010 год)
1. Контроль	0-20	1,23	52	42	9	16
	20-40	1,32	48	40	9	18
2. Компост(П.п+Ф–1:1) –19 т/га	0-20	1,12	56	58	30	9
	20-40	1,22	52	55	28	14
3. УМС (П.п.+Т.п.+ЭТС–2:1:1)– 33 т/га	0-20	1,17	55	56	28	12
	20-40	1,26	52	53	24	16
4. УМС (П.п.+Т.п.+ЭТС–1:1:2) – 22 т/га	0-20	1,12	52	54	28	11
	20-40	1,24	50	51	24	15
5. УМС (П.п.+ЭТС+Сол.–1:2:1) – 26 т/га	0-20	1,10	57	53	29	9
	20-40	1,22	53	51	25	13
6. УМС (П.п.+Т.п.+ЭТС+ Сол-1:1:2:1) – 26 т/га	0-20	1,08	58	58	32	8
	20-40	1,25	54	54	28	12
Шестой год последействия (2013 год)
1. Контроль	0-20	1,19	52	42	9	16
	20-40	1,19	50	40	9	18
2. Компост(П.п+Ф–1:1) –19 т/га	0-20	1,10	57	57	32	8
	20-40	1,18	53	56	29	12
3. УМС (П.п.+Т.п.+ЭТС–2:1:1) – 33 т/га	0-20	1,15	56	55	29	10
	20-40	1,24	52	54	26	14
4. УМС (П.п.+Т.п.+ЭТС–1:1:2) – 22 т/га	0-20	1,11	54	56	29	10
	20-40	1,22	50	52	24	13
5. УМС (П.п.+ЭТС+Сол.–1:2:1) – 26 т/га	0-20	1,10	57	54	31	8
	20-40	1,19	52	53	26	12
6. УМС (П.п.+Т.п.+ЭТС+ Сол-1:1:2:1) – 26 т/га	0-20	1,08	58	59	34	8
	20-40	1,20	56	56	27	12

Рисунок 1 – Изменение водопрочности агрегатов под влиянием мелиорации компостом и удобрительно-мелиорирующими смесями (0-30 % – водопрочность недостаточно удовлетворительная, 30-40 % –водопрочность удовлетворительная, от 40 % и выше – водопрочность хорошая)

Улучшению физических свойств этих почв способствовала оптимизация физико-химических свойств черноземов. В частности, в 2013 года (6 год последействия) снизилась солонцеватость и произошло насыщение почв кальцием, поэтому в мелиорируемых черноземах ухудшения физических свойств к 6 году исследований не произошло.

Плотность сло^ения почв на мелиорируемых вариантах на 6 год последействия в 0-20 см слое составила от 1,08 (УМС (П.п.+Т.п.+ЭТС+Сол)) до 1,15 т/м3 (УМС (П.п.+Т.п.+ЭТС)). Это типичные значения для культурной почвы. Порозность этого слоя на мелиорируемых вариантах – хорошая. Несколько уплотнен слой 20-40 см, соответственно и порозность в этом слое является удовлетворительной для пахотного слоя. Несомненно, определенную роль в разуплотнении почв сыграла и люцерна (возделываемая с 2011 г.), которая своими корнями разрыхляла почву. Уменьшение плотности сло^ения почв на контроле по сравнению с исходными данными составило 5 %, а на лучшем варианте (УМС(П.п.+Т.п.+ЭТС+Сол)) - 13 % при отличной порозности (58 %). Структурное состояние на вариантах с компостом (2 вариант) и УМС (3, 5 варианты) характеризуется как хорошее.

Сумма водопрочных агрегатов на мелиорированных вариантах в 0-40 см слое составила в пределах 55-58 %, что характеризует их как хорошие по водопрочности. Коэффициент дисперсности так^е засвидетельствовал улучшение физических свойств почв в целом 0-40 см в слое, как после 3 лет, так и после 6 лет воздействия компоста и УМС.

О том, что улучшению физических свойств почв, а именно водопрочности. содействовало сни^ение солонцеватости, то есть уменьшение обменного Na в ППК, свидетельствует зависимость, представленная на рисунке 2.

Рисунок 2 – Зависимость водопрочности агрегатов от содер^ания обменного Na в ППК

Полученный коэффициент детерминации свидетельствует о тесной связи ме^ду этими показателями. Отсюда следует, что на деградированных солонцеватых черноземах для оптимизации физических свойств в первую очередь следует провести мероприятия по сни^ению солонцеватости.

Выводы

• 1.    Электролитосодер^ащие удобрительно-мелиорирующие смеси улучшали физические свойства чернозема обыкновенного в такой ^е степени, как и компост, приготовленный из П.п. и Ф.

• 2.    Поскольку дозы УМС рассчитывались по содер^анию мелиорирующей основы в смеси, поэтому практически все УМС оказывали одинаковое поло^ительное воздействие на физические свойства чернозема обыкновенного деградированного.

• 3.    Плотность сло^ения почвы из сильно уплотненной (1,31 т/м³) перешла в категорию уплотненной пашни (1,14-1,20 т/м³). Структура приобрела хорошее и удовлетворительное состояние по сравнению с неудовлетворительным на контроле, а агрегаты стали более водопрочными (сумма частиц> 0,25 мм составляет 55-58%) а на контроле – 28%.

Росинформагротех, 2003.- 240 с.