Формирование физико-химических свойств пахотных почв лесостепи центрального Черноземья и пути (стр. 8 из 11)
По положительному влиянию на режим питательных элементов в целом факторы располагались в следующий возрастающий ряд: известь < навоз< минеральные удобрения. Вместе с тем, отмечается повышенная доля влияния извести в увеличение содержания азота щелочногидролизуемого (41%) и достаточно высокая - в снижение степени подвижности калия (27%).
7. Научно-методические подходы к регулированию кислотно-основного состояния почв
Возможность стабильного функционирования почвы в конкретных условиях окружающей среды, в связи с наличием в ней множества обратных связей, основана на свойствах саморегуляции (Титова, Дабахов, 2000; Черников, Милащенко, Соколов, 2001). Это предполагает возможность прогнозировать направленность изменений кислотно- основного состояния почв и оценивать его количественные изменения при изменении основных определяющих его агроэкологических параметров.
Оценка изменений кислотности почв при изменении водного режима.
Изменению показателя кислотности почв рНKCL при изменении величин стока влаги соответствует выражение:
, (35)где J0 – исходная величина стока (мм), Ji- соответствующая новым условиям; коэффициент α – характеризует «податливость» почв при изменении климатического режима или агрогенных факторов, определяющих водный режим.
Культуры севооборота, формируя баланс влаги на поле, определяют и размеры потерь оснований из почвы, которые оцениваются эмпирическими соотношениями (КК) между разными группами культур: под культурами сплошного сева – 1, пар- 1.8, -пропашные- 1.4, многолетние травы- 0.75 (Методические указания…, 2000). Изменению рН, при изменении структуры севооборота, соответствует аналогичное выражение с использованием отношения средневзвешенных коэффициентов по севообороту (КС) - по доле культур:
(36)Удельные изменения рНKCL при введении в структуру севооборота 10% чистого пара, пропашных или 10% многолетних трав в условиях тяжелосуглинистой почвы (α ≈1), согласно вышеприведенной формуле имеют значения -0,077, -0,04 и +0,03 ед. Это соответствовало фактическим различиям рН чернозема типичного между зернопаропропашным - ЗПП (ч. пар - озимая пш. – сах. свекла – ячмень) и зернотравяным (ЗТ) севооборотами (2 г. мн. трав -озимая пш. –ячмень) многофакторного полевого опыта ВНИИЗ и ЗПЭ (+0.4 ед. рН). Это означает, что почвам присуща способность к самовосстановлению при смене водного режима на менее промывной по естественным (погодно- климатическим) или агротехническим причинам. Основой этого процесса являются компенсаторные механизмы твердой фазы почв, установленная зависимость которых позволяет на качественном (направленность) и количественном уровне прогнозировать изменения величины кислотности.
Минимально необходимая для стабилизации кислотности почв доля многолетних трав в структуре посевных площадей (Т%) может быть определена по следующему выражению:
,(37)где ∆рНKCL – интенсивность среднегодового подкисления почв; kT – эмпирический коэффициент потерь оснований из почв под травами относительно культур сплошного сева (0,75).
Оценка изменений кислотности почв при внесении минеральных удобрений.
Введение в почву одновалентных катионов в составе минеральных удобрений оказывает быстрое влияние и напрямую обедняет почвенный поглощающий комплекс обменными основаниями. В данном случае следует считать потери извести от минеральных удобрений в контролируемом (пахотном) слое почвы (∆ИМ, СаСО3 кг/га) эквивалентными изменению суммы обменно-поглощенных оснований (∆S, мг-экв/100г):
∆ИМ (СаСО3 , кг/га ) = ∆S· 5 103hd.(38)
где h – пахотный горизонт почвы, м; d – объемная масса почвы, г/см3.
Изменение рН с учетом буферности почв имеет следующее выражение:
, (39)где ∆ИМ (СаСО3 кг/га) = t·НИМ·Д;(40)
Д – насыщение севооборота минеральными удобрениями (кг д.в. NPK /га); НИМ – норматив потерь извести кг на 1 кг д.в. NPK /га; t·- севооборот (лет).
Величина изменения рН при внесении удобрений зависит от значений удельных потерь оснований (кг СаСО3 /га) при внесении удобрений (кг д.в.NPK /га), буферности почвы, определяемой её типом, содержания гумуса, а также гранулометрического состава.
По наблюдениям изменений физико- химических показателей чернозема типичного при внесении минеральных удобрений (225 кг.д.в. /га , МФПО ВНИИЗ и ЗПЭ) на 1 кг д.в. NPK /га из пахотного слоя почвы терялось в среднем по севооборотам 1,1 кг /га СаСО3 на водораздельном плато и 1,6 кг /га СаСО3 – на склоне северной экспозиции. На основании данных исходных свойств почвы и потерь СаСО3 определены изменения рНKCL (табл. 13).
Таблица 13. Изменение кислотности чернозема типичного от внесения минеральных удобрений за 8 лет
| Свойства почв | ПотериСаСО3,кг /га | рНKCL(NPK) | ∆рНKCL | ||||
| Гумус,% | Гран.состав | М | рНKCLб/у | Факт. | Расч. | ||
| Водораздельное плато | |||||||
| 6,2 | т. сугл. | 20 | 5,9 | -1980 | 5,7 | -0,2 | -0,24 |
| Склон северной экспозиции | |||||||
| 5,9 | т. сугл. | 18,7 | 5,7 | -2880 | 5,3 | -0,4 | -0,37 |
В целом не скомпенсированные потери оснований (∆ИП) определяются суммой выноса урожаем ∆ИВ (обеспеченного плодородием почв) культур и средних потерь от применения удобрений: ∆ИП =∆ИВ+∆ИМ.
Оценка времени действия доз извести при химической мелиорации почв
Времядействия доз извести является ключевым моментом в экономико-математических расчетах эффективности известкования и оценки окупаемости мелиоративных доз извести (Шильников, Колосова, Щелкунова, 1981; Небольсин, Небольсина, 1997; Колотов, 2001; Небытов, 2003; Шильников, 2006; Шильников, Аканова, Зеленов, 2008) .
Для обоснования процесса использована модель релаксации системы «ППК-почвенный раствор», которая выводится из равновесного (исходного, соответствующего кислотно-основному статусу) состояния при достижении почвой максимума нейтрализации (рН0→ рНmax), на которую рассчитана применяемая доза извести. Длительность восстановления реакции среды определяется необходимым количеством циклов (t, лет) промывания почвы, обеспечивающих равенство общего снижения обменно- поглощенных оснований, предшествующим их изменениям от известковых доз.
При внесении минеральных удобрений на известкованных полях применяемая мелиоративная доза извести, как расходная часть сокращается на величину дополнительных потерь (40), откуда время (t) имеет следующее выражение:
(41)Время достижения в известкованных почвах исходных величин рН прямо пропорционально величине доз извести (И, СаСО3 т/га) и обратно пропорционально степени промывания почвы (J, мм). Чем менее буферна почва, тем более высокие значения рН соответствуют одним и тем же дозам извести, и выше средние потери оснований из почвы и, таким образом, им соответствует меньшее время релаксации по рН.
Проверка на фактическом материале опубликованных данных по результатам полевых опытов с известкованием, представленных в динамике изменений свойств почв, показала адекватность такого подхода и соответствие фактических и расчетных величин. Расчетное время действия доз извести для различных агропочвенных районов Курской области представлено в табл. 14.
Таблица 14. Время действия доз извести для различных агропочвенных районов Курской области при уровнях внесения минеральных удобрений 100-200 кг д.в.NPK /га
| Агропочвенный р-н | Дозы извести т/га | |||
| < 2 | 2 - 4 | 4 - 6 | 6 - 8 | |
| 1 р-н серых лесных почв | 2 | 5 | 7 | 9 |
| 2 р-н черноземов | 3 | 7 | 10 | 12 |
Оценку агрономического эффекта оптимизации кислотности почв целесообразно выражать в величинах потенциала оптимизации кислотности почв по приросту продуктивности, обеспеченной исходным плодородием почв (уравн. 2, стр. 11).
По вероятным потерям оснований из ППК почв (∆ИП) по районам Курской области определены средние темпы подкисления (∆рН) и средние поддерживающие дозы извести или минимальная доля многолетних трав в структуре посевных площадей для стабилизации кислотности почв (табл. 15).
Таблица 15. Оценка интенсивности подкисления почв и стабилизационных мер при уровнях внесения минеральных удобрений 100-200 кг д.в.NPK /га
| ∆ИВСаСО3, кг/га | ∆ИПСаСО3,кг/га | ∆рН | Доза СаСО3,т/га (в 4 года) | Многолетниетравы, % |
| 1 агропочвенный район серых лесных почв | ||||
| 40-50 | 150-270 | -0,028-0,049 | 2,4-2,9 | 12-20 |
| 2 агропочвенный район черноземов | ||||
| 55-80 | 180-290 | -0,026-0,042 | 1,7-2,1 | 10-17 |
При экстенсивных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур темпы подкисления почв в различных административных районах могут составлять от 0,023 до 0,032 ед. рН в год, а при интенсификации - от 0,038 до 0,055 ед. рН, при этом среднегодовые темпы дегумификации почв (как результат деградации ППК) по разным районам могут варьировать от 0,3 до 0,7 т/га, что требует внесения органических удобрений от 4,4 до 11 т/га.