Фосфатное состояние антропогенно-преобразованных почв Приморского края. 06.01.03 – Агропочвоведение, агрофизика. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук (стр. 1 )

На правах рукописи

ГРИГОРЬЕВА ЛЮБОВЬ ГРИГОРЬЕВНА

ФОСФАТНОЕ СОСТОЯНИЕ

АНТРОПОГЕННО-ПРЕОБРАЗОВАННЫХ

ПОЧВ ПРИМОРСКОГО КРАЯ

06.01.03 – агропочвоведение, агрофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Барнаул – 2009

Диссертационная работа выполнена в ФГОУ ВПО «Приморская государственная сельскохозяйственная академия»; ФГУ «Государственный центр агрохимической службы «Приморский» (г. Уссурийск)

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Официальные оппоненты: д. б.н.

к. с.-х. н.

Ведущая организация: ЦАС «Кемеровский»

Защита диссертации состоится 25 декабря 2009 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д.220.002.01 при ФГОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет» по адресу: 656049‚ г. Барна. Факс: (38

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан 20 ноября 2009 года

Ученый секретарь

диссертационного совета ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Ценность земли как основного средства сельскохозяйственного производства определяется её плодородием, то есть способностью удовлетворять потребностям растений в элементах питания, влаге, воздухе, а также обеспечивать условия для их нормальной жизнедеятельности. Фосфатное состояние является показателем плодородия и окультуренности пашни, но в то же время относится к числу наиболее сложных и динамичных.

Исследованиями дальневосточных ученых (Грицун, 1964; Стрельченко, 1982) установлено, что в переувлажняемых почвах валовое содержание фосфора довольно высокое, но он малоподвижен и недостаточно доступен растениям. Слабая подвижность фосфатов обуславливается частой повторяемостью избыточного увлажнения и почвенной засухи. По содержанию подвижного фосфора целинные и слабоокультуренные почвы Приморского края характеризовались очень низкой и низкой обеспеченностью – 8-20 мг/кг (Куртесов, 1948; Грицун, 1948; Слугин, 1952; Неунылов, 1961).

Антропогенное воздействие – известкование, фосфоритование, внесение минеральных и органических удобрений − неоднозначно отразилось на агрохимических свойствах почв, что наглядно показали I-IV туры агрохимического обследования. В частности, снизилось содержание легкогидролизуемого и нитратного азота, обменного калия, общего гумуса. Почти на 20% площади пашни появились признаки избытка подвижных форм фосфора, хотя 40% пахотных земель по-прежнему не обеспечены фосфором (Слабко, Солоникова, 1994).

Начиная с 1990 г., работы по улучшению плодородия пашни практически прекратились, в связи с чем появилась необходимость оценить достигнутое состояние агрохимических свойств и те качественно-количественные изменения, которые проявились в результате изменения антропогенных нагрузок на почву.

Естественные факторы почвообразования, реализовавшие себя в создании генетических типов, и антропогенное воздействие сформировали специфические группы почв с различным сочетанием агрохимических свойств – группы агрохимического состояния почв (АСП) (Синельников, Слабко, 1991):

1 – все показатели агрохимических свойств близки к максимальным значениям;

2 – все показатели соразмерны со среднестатистическими значениями;

3 – все показатели близки к минимальным значениям;

4 – высокое содержание гумуса и питательных веществ на фоне низких показателей физико-химических свойств;

5 – низкое содержание гумуса и питательных веществ на благоприятном фоне физико-химических свойств.

Учитывая сложившуюся ситуацию, Дальневосточное отделение Докучаевского общества почвоведов в 1997 году решило провести комплексные многоплановые научные работы по программе «Почвенное наследие Российского Дальнего Востока», основной задачей которых было изучение современного гумусового, азотного, фосфатного и калийного состояний, а также физико-химических, гидрофизических и других свойств почв Приморья, вовлеченных в сельскохозяйственное использование. Исследования были выполнены группой сотрудников Биолого-почвенного института ДВО РАН, Приморской государственной сельскохозяйственной академии и центра агрохимслужбы «Приморский». Непосредственно автор участвовал в отборе почвенных образцов и занимался изучением фосфатного состояния почв. В работе использовались многолетние данные ( гг.) по агрохимическому состоянию почв сельскохозяйственных предприятий, опытных участков и урожайности культур полевого севооборота, предоставленные центром агрохимической службы «Приморский».

Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является оценка современного фосфатного состояния антропогенно-преобразованных почв Приморского края, различающихся по типовой принадлежности и агрохимическому состоянию в связи с изменением характера и интенсивности антропогенных нагрузок.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

– определить влияние разнокачественного антропогенного воздействия на содержание и запас валовых и подвижных форм фосфора по типам почв и группам их агрохимического состояния;

– определить фракционный состав минеральных фосфатов с целью исследования изменения форм фосфора под действием антропогенных нагрузок;

– разработать интегральные показатели фосфатного состояния, отражающие характер и интенсивность антропогенного воздействия на почвы тяжелого гранулометрического состава;

− выявить зависимость между содержанием подвижного фосфора и урожайностью культур полевого севооборота;

– сравнить направленность и интенсивность трансформации фосфатного состояния экстенсивного и интенсивного периодов использования земель.

Научная новизна. Впервые для условий дальневосточного земледелия:

– дана оценка современного фосфатного состояния антропогенно-преобразованных почв различных групп АСП на землях сельскохозяйственного назначения;

– установлено влияние интенсивности антропогенного воздействия на содержание различных форм фосфатов в почвах края;

– установлена направленность и интенсивность трансформаций фосфатного состояния в зависимости от характера антропогенного воздействия в динамике за период гг. по типам агрохимического состояния почв.

Положения, выносимые на защиту:

– совокупность обобщающих показателей (комплексный показатель состава минеральных фосфатов, модель фосфатного состояния и интенсивность внутрипочвенных связей) как инструмент для определения направленности и интенсивности трансформации фосфатного режима почв;

– зависимость фосфатного состояния от уровня и характера антропогенной нагрузки на почвенный покров.

Практическая значимость работы. Предлагаемая в работе система оценок уровня трансформации фосфатного состояния может быть использована в мониторинговых наблюдениях за динамикой изменения плодородия почв в зависимости от системы удобрений.

Апробация работы и публикация результатов исследований. Основные положения диссертационной работы доложены на ученых советах института земледелия и природообустройства Приморской ГСХА (г. Уссурийск, 1998, 1999, 2000 гг.), рабочих совещаниях группы «Почвенное наследие российского Дальнего Востока» (Центр агрохимической службы «Приморский», п. Тимирязевский, 1997, 1999, 2001 гг.), конференциях аспирантов, молодых ученых и специалистов (г. Уссурийск, 1997 г.; г. Владивосток, 1997, 1998 гг.), международных научно-практических конференциях (г. Уссурийск, 1998 г; г. Владивосток, 2007 г.), ΙV съезде Докучаевского общества почвоведов (Новосибирск, 2004 г.). По материалам диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 2 в рецензионных ВАК журналах.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит 35 таблиц, 12 рисунков, 7 приложений, состоит из введения, 4 глав, выводов и списка литературы, представленного 237 наименованиями, в том числе 16 зарубежных авторов.

На протяжении многих лет автор тесно сотрудничал с -ковым, , . Ценные советы этих и других коллег с благодарностью восприняты и реализованы в процессе работы над рукописью.

Автор особо признателен , способствующему организации исследований и процессу обобщения экспериментальных данных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1 Обзор литературы

Приводится обзор литературных источников отечественных и зарубежных авторов о фосфатном режиме почв, влиянии окультуривания на содержание валовых, подвижных и минеральных форм фосфора различных типов почв и природно-климатических зон.

Глава 2 Объекты и методы исследований

Объектами исследований являются антропогенно измененные почвы Приморья, широко используемые в сельскохозяйственном производстве, в том числе: бурые лесные, буро-отбеленные, лугово-бурые, луговые глеевые и пойменные. В результате детального анализа почвенно-агрохимических картограмм было выделено 31 модельное поле, наиболее полно соответствующее определенной группе АСП, расположенные в разных районах Приморского края. На этих полях сделаны разрезы и взяты образцы почв для лабораторных исследований.

Агрохимические анализы почвы выполняли следующими методами: гумус по Тюрину в модификации ЦИНАО (ГОСТ ); гидролитическую кислотность и сумму поглощенных оснований по методу Каппена (ГОСТ 26212 и ГОСТ 27821 соответственно); легкогидролизуемый азот по Тюрину и Кононовой (Соколов, 1975); рН потенциометрически (ГОСТ ); подвижный калий по Кирсанову (ГОСТ ); валовой фосфор по Гинзбург, Щегловой, Вильфиус; подвижный фосфор по Кирсанову (ГОСТ ) и по Гинзбург-Артамоновой; минеральные фосфаты по Гинзбург-Лебедевой в модификации Неговелова и Пестовой и по Чангу-Джексону, вариант Аскинази, Гинзбург и Лебедевой (Соколов, 1975).

Гранулометрический состав определяли по (ГОСТ ).

Исходя из предпосылки влияния систем удобрений на изменение агрохимического состояния корнеобитаемого слоя почвы, предполагалось, что это изменение должно быть хорошо выражено через регистрацию агрохимических показателей плодородия. В связи с этим выполнены расчеты баланса NPK в почве (Каюмов, 1989), который позволил судить об остаточном количестве питательных веществ по вариантам опытов, проводимых агрохимическим центром «Приморский» (Слабко, Солоников, 2000). В течение 10 лет были размещены три «закладки» стационарного опыта по агрохимическому окультуриванию почв (КАХОП) с интервалом 1 год на одном и том же участке земли, по одной и той же схеме удобрений в севообороте. Севооборот 6-польный с типичным чередованием культур: кукуруза + соя, ячмень, соя, пшеница, соя, овес.

Варианты опыта:

1. Контроль без удобрений

2. Известь (8,5 т/га) + навоз (60 т/га) + N40P45K40 (ежегодно)

3. Известь (8,5 т/га) + навоз (60 т/га) + фосфоритная мука (Рф) до рекомендуемого содержания Р2О5 в почве (КАХОП)

4. КАХОП + NPK на планируемый урожай

5. КАХОП + NPK из расчета выноса в урожае предшественника

Норма Рф (2,7 т/га) рассчитана на доведение подвижного содержания фосфора в почве до 10-12 мг/100г.

Расположение делянок в опыте одноярусное, систематическое, повторность 3-кратная. Общая площадь делянки 140 м2. Убирали урожай механизировано, полученные данные статистически обрабатывали по (1985).

Для сравнительного анализа фосфатного состояния типов почв и групп АСП в пределах анализируемых образцов были сформированы модели фосфатного состояния (ФС Р2О5). В число показателей модели включены: валовые запасы фосфора (т/га); подвижный фосфор (0,2 н солянокислая вытяжка); сумма извлекаемых минеральных форм фосфора; содержание наиболее доступной растениям фракции фосфатов (все в % от валового содержания); комплексный показатель состава минеральных фосфатов (КП Р2О5). Расчет КП Р2О5 и ФС Р2О5 выполнен по методике расчета комплексного агрохимического показателя (КАП), предложенной (1991).

Для оценки степени трансформации фосфатного состояния под влиянием антропогенного воздействия использовались показатели интенсивности внутрипочвенных связей (ИВС) и интенсивности трансформации (ИТ) (Синельников, 1985).

Глава 3 Подвижные и валовые формы минеральных фосфатов по типам почв и группам АСП

3.1 Агрохимическая характеристика исследуемых почв

Средние агрохимические показатели почв 31 поля по группам АСП представлены в таблице 1.

Таблица 1 − Агрохимические свойства пахотного горизонта почв модельных полей по группам АСП

Группа АСП	Гумус, %	N л. г.	Р2О5	К2О	S	Гк	рН сол.
мг/кг	мг-экв./100 г
1	3.8	68	104	124	29,3	1,7	5,8
2	3.3	67	30	101	20,7	3,1	5,2
3	2.7	64	11	84	13,1	4,1	4,5
4	4.2	77	12	101	17,2	4,7	4,9
5	2.4	63	34	79	19,6	1,5	5,7

Анализ данных таблицы 1 показывает, что реальные показатели агрохимических свойств производственных полей, взятых в качестве модельных для проведения детальных агрохимических исследований, в целом соответствуют теоретическим предположениям выделения групп АСП, сделанными ранее (Синельников, Слабко, 1991).

3.2 Анализ содержания валового фосфора

Количество валового фосфора в пахотных почвах обуславливается не только запасами природных фосфатов, но и интенсивностью применения удобрений. Так, по данным (1982), наибольшее содержание валового фосфора 2630 мг/кг было в луговых глеевых почвах, а в буро-отбеленных и в лугово-бурых отбеленных – 1930 мг/кг. Соответственно запасы фосфора по типам почв составляли 6,1; 4,8; 4,6 т/га. По данным современных исследований, содержание и запасы валового фосфора в пахотном горизонте луговых глеевых почв практически остались на том же уровне (2100 мг/кг и 6,1 т/га), а в буро-отбеленных и лугово-бурых почвах эти показатели возросли соответственно до 2000, 2300 мг/кг, и 6,3, 7,1 т/га. Во-первых, это связано с тем, что луговые глеевые почвы в основном использовались под сенокосы и пастбища с минимальным применением удобрений, а буро-отбеленные и лугово-бурые почвы (особенно последние) интенсивно удобрялись при возделывании сои, зерновых и кормовых культур. Отмечены факты повышения содержания валового фосфора с 1240 до 3375 мг/кг даже на самых бедных буро-отбеленных почвах при внесении фосфорных удобрений (Стрельченко, 1982). Содержание валового фосфора в пахотном горизонте равнинных почв тяжелого гранулометрического состава практически одинаковое − 0,20-0,23 % при вариабельности от 16 до 48 %. Пойменные почвы модельных полей содержат в среднем 0,33±0,06 % валового фосфора.

3.3 Подвижные формы фосфора

Содержание подвижного фосфора в солянокислых вытяжках свидетельствует о большой величине вариабельности признака, превышающей 100 %. Это затрудняет использование данного показателя в качестве диагностического. Средние значения содержания подвижного фосфора, определяемые в 0,2 н НСl, по типам почв колеблются от 30 мг/кг в луговой глеевой почве до 61 в лугово-бурой, а запасы соответственно от 85 до 198 кг/га. Большее содержание фосфора показала 0,5 нормальная вытяжка, но тенденция распределения по типам почв осталась неизменной.

Несколько иной порядок в расположении типов почв по содержанию подвижных форм фосфора дает молибдатная вытяжка. Здесь наименьшее и практически одинаковое количество (108 мг/кг) отмечено в бурых лесных и буро-отбеленных почвах, занимающих повышенные элементы рельефа. Лугово-бурые и луговые глеевые почвы равнин содержат 122-128 мг/кг, а пойменные −156. Запасы фосфатов в данном случае практически равны для всех почв тяжелого гранулометрического состава (341-368 кг/га) и только в пойменных почвах возрастают до 576 кг/га.

Оценка фосфатного состояния этих же полей, разделенных на группы АСП, показала, что содержание подвижных фосфатов, извлекаемых 0,2 н НСl, на разноудобренных полях различается на порядок от 11-12 мг/кг (3 и 4 АСП) до 104 мг/кг в первом АСП. Вторая и пятая группы АСП содержат 30-34 мг/кг.

Естественно, что и запасы фосфора распределились в аналогичной последовательности – от 32-36 кг/га (3 и 4 АСП) до 349 в первом. Столь существенные различия характеризуются крайне низким коэффициентом стабильности – 0,32.

Количество подвижного фосфора в 0,5 н НСl выше практически по всем группам АСП, кроме первого, на 12 мг/кг, но оценка различий также крайне низка и составила 0,41 как для содержания в мг/кг, так и для запасов в кг/га.

Молибдатная вытяжка несколько уровняла содержание фосфатов по группам АСП, количество которых находится в интервале от 73-84 мг/кг (3 и 4 АСП) до АСП). Запасы фосфатов в данном случае 207-537 кг/га. Коэффициенты стабильности для содержания и запасов подвижного фосфора составили 0,75 и 0,72 соответственно.

Таким образом, анализ содержания подвижных форм фосфора в пахотном горизонте модельных полей, извлекаемых различными вытяжками, наглядно показал на отсутствие достоверных различий по генетическим типам почв и наличие существенных различий для групп АСП. Полученные результаты подтвердили ранее высказанное положение об агрогенной сглаженности различных типов почв в результате применения единообразных технологий обработки почв и возделывания сельскохозяйственных культур с одной стороны и, в свою очередь, большую роль вносимых фосфорных удобрений в формировании разноуровневых запасов подвижных фосфатов в почвах (Пестряков 1977; Синельников, Слабко, 1991).

3.4 Минеральные формы фосфора

Наибольшее участие в составе минеральных фосфатов в % от валового содержания принимают фосфаты железа (метод Гинзбург-Лебедевой) − в среднем 12,8±1,13, разброс значений от 8,20±1,89 для пойменных почв и до 17,0±2,14 – для буро-отбеленных. Фосфаты алюминия составляют наименьшую величину 2,20±0,22 в среднем для всех типов почв. Минимальные значения 1,65 и 1,68 характерны для пойменных и бурых лесных почв. Максимум (3,93±1,26) приходится на луговые глеевые почвы. Фосфаты кальция первой, второй и третьей группы составляют в среднем соответственно 2,41±0,18; 3,27±0,24 и 2,65±0,17 % от вала. Общая сумма выделенных форм фосфора в среднем 23,6±1,4% при коэффициенте вариации 32 %. Это говорит о том, что состав фосфатов консервативен и мало зависит от уровня внесения удобрений, в том числе и известкования. Более конкретно он разделен по типам почв.

Метод определения минеральных фосфатов по Чангу-Джексону дал несколько иную картину. Суммарное содержание выделенных фосфатов железа, кальция и алюминия составило более половины от валового количества − 54±2,27 %. Около 40 % приходится на фосфаты железа, 10 % – на фосфаты кальция, а на фосфаты алюминия − только 4,3 %. Общие закономерности распределения их по типам почв, в общем, аналогичны выше изложенному. Буро-отбеленные почвы выделяются повышенным содержанием фосфатов железа, луговые почвы – фосфатов алюминия. Пойменные почвы отличаются пониженным количеством выделенных форм фосфатов, разница составляет почти 10%, в том числе фосфатов алюминия и железа. Все это увязывается с генетическими свойствами типов почв, в частности с гранулометрическим и валовым составом, содержанием железисто-марганцевых конкреций. Содержание фосфатов кальция практически не отличается по типам почв.

3.5 Сравнительный анализ фосфатного состояния

пахотного горизонта типов почв и групп АСП

Результаты расчета комплексного показателя состава минеральных фосфатов (КП Р2О5) и модели фосфатного состояния (ФС Р2О5) агрогенного горизонта типов почв и групп АСП представлены в двух вариантах. Вариант «А» рассчитан с использованием форм минеральных фосфатов, определенных по методу Гинзбург-Лебедевой, вариант «В» − по Чангу-Джексону (таблица 2).

Максимально высокую оценку комплексного показателя минеральных форм фосфора (метод Гинзбург-Лебедевой) имеют буро-отбеленные почвы (66 баллов), что прежде всего связано с накоплением фосфатов железа, которые составляют здесь 59 % от суммы извлекаемых фосфатов.

Таблица 2 – Модель фосфатного состояния пахотного горизонта различных типов почв и групп АСП

Показатель	Тип почвы	Тип АСП
БЛ	БО	ЛБ	ЛГ	Аос	1	2	3	4	5
В а р и а н т «А»
1. Валовой Р2О5, т/га	7,0	6,3	7,1	6,1	12,0	8,7	7,5	4,3	5,7	7,0
2. Подвижный фосфор, % от валового (0,2н HCl)	1,7	2,2	2,6	1,4	1,6	3,6	1,4	0,8	1,2	1,8
3. Сумма минеральных фосфатов, % от валового	19,2	28,9	19,9	23,9	17,7	21,1	21,4	29,1	21,6	25,5
4. Са-Р1, % от валового	2,1	2,7	2,2	2,8	2,0	2,3	2,3	3,0	2,0	2,3
5. КП Р2О5	41	66	36	45	31	45	46	56	38	58
6. Копт.	0,90	0,84	0,80	0,77	0,54	0,70	0,85	0,50	0,83	0,86
7. ФС Р2О5, балл	43	57	44	46	32	48	46	28	37	52
В а р и а н т «В»
3.Сумма минеральных фосфатов, % от валового	47,8	63,5	52,5	53,9	37,5	49,7	49,5	67,8	51,4	55,7
4. Al-Р	4,3	4,4	4,5	7,0	3,0	5,8	3,2	4,1	5,1	3,3
5. КП Р2О5	48	61	57	56	13	50	33	41	36	42
6. Копт.	0,92	0,81	0,88	0,66	0,42	0,83	0,75	0,49	0,78	0,75
7. ФС Р2О5, балл	48	53	57	45	22	66	37	26	39	45

Бурые лесные и луговые глеевые почвы оценены в 41 и 45 баллов, а лугово-бурые − всего в 36 баллов. Самый неустойчивый и минимальный комплекс минеральных фосфатов формируется в пойменных почвах, КП Р2О5=31 балл, при Копт. 0,78.