Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,778

ИЗМЕНЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПЛОДОРОДИЯ ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМНОЙ ПОЧВЫ ОМСКОГО ПРИИРТЫШЬЯ В УСЛОВИЯХ ПРИМЕНЕНИЯ СВИНОГО НАВОЗА

Азаренко Ю.А. 1 Алексеева Ж.Л. 1
1 ФГБОУ ВО «Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина»
В полевых опытах на лугово-черноземной очень маломощной слабогумусированной почве изучалось действие и последействие твердой фракции свиного навоза на некоторые показатели плодородия: содержание гумуса, его фракционно-групповой состав, содержание обменно-поглощенных катионов, реакцию среды, структурное состояние. Выявлено положительное влияние навоза в год действия и первый год последействия на гумусное состояние почвы. При действии и последействии навоза содержание гумуса увеличилось с 2,0–2,06 % на контроле до 2,11–2,15 % в вариантах с дозой удобрения 20 т/га и до 2,64–2,67 % с дозой 60 т/га. Запасы гумуса в слое 0–20 см возросли до 60,7–61,4 т/га при максимальной дозе удобрения по сравнению с исходным запасом гумуса 46,0–47,4 т/га. В качественном составе гумуса почвы отмечено увеличение доли гуминовых кислот под действием навоза за счет их лабильной фракции на 73–97 % и фракции, связанной с устойчивыми полуторными оксидами и глинистыми минералами, на 18–46 %. В год действия навоза соотношение углерода гуминовых и фульвокислот (Сгк/Сфк) увеличилось от 1,64 до 2,15–2,18. Существенных изменений состава обменно-поглощенных катионов и реакции среды под действием навоза не выявлено, однако наблюдалась тенденция к увеличению суммы поглощенных оснований. Навоз не оказал положительное влияние на структурно-агрегатный состав лугово-черноземной почвы. Статистически значимое увеличение количества водопрочных агрегатов почвы, как в период действия, так и в годы последействия твердой фракции навоза наблюдалось только при его дозе 60 т/га.
лугово-черноземная почва
Омское Прииртышье
свиной навоз
гумус
физико-химические свойства
структура почвы
1. Красницкий В.М., Шмидт А.Г. Динамика плодородия пахотных почв Омской области и эффективность использования средств его повышения в современных условиях // Достижения науки и техники АПК. 2016. Т. 30. № 7. С. 34–37.
Krasnitsky V.M., Schmidt A.G. Dynamics of fertility of arable soils in Omsk region and efficiency of use of means for its increase under modern conditions // Achievements of science and technology in Agro-Industrial Complex. 2016. V. 30. № 7. P. 34–37 (in Russian).
2. Воронкова Н.А. Биологические ресурсы и их значение в сохранении почвенного плодородия и повышении продуктивности агроценозов Западной Сибири: монография. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2014. 188 с.
Voronkova N.A. Biological resources and their importance in preserving soil fertility and increasing the productivity of agrocenoses in Western Siberia: monograph. Omsk: Omsk State Technical University Publishing House, 2014. 188 p. (in Russian).
3. Бабенко М.В. Влияние отдельных фракций свиного навоза на продуктивность зернотравяного звена севооборота и плодородие дерново-подзолистой супесчаной почвы: автореф. дис. … канд. с.-х. наук. Москва, 2016. 21 с.
Babenko M.V. The influence of individual fractions of pig manure on the productivity of the grain-grass link of crop rotation and fertility of sod-podzolic sandy loam soil: аvtoref. dis. ... cand. s.-h. sciences. Moscow, 2016. 21 p. (in Russian).
4. Мерзлая Г.Е., Щеголева И.В., Леонов М.В. Использование свиного навоза для удобрения сельскохозяйственных культур // Перспективное свиноводство: теория и практика. 2012. № 5 [Электронный ресурс]. URL: https://elibrary.ru/download/elibrary_18306890_59539773.pdf (дата обращения: 19.12.2018).
Merzlaya G.Ye., Schegoleva I.V., Leonov M.V. The use of pig manure for fertilizing crops // Perspective pig breeding: theory and practice. 2012. № 5 [Electronic resource]. URL: https://elibrary.ru/download/elibrary_18306890_59539773.pdf (date of access: 19.12.2018) (in Russian).
5. Баранова Е.В., Шуманева М.В. Влияние твердых органических удобрений на продуктивность яровой пшеницы и плодородие лугово-черноземной почвы Омской области // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. 2017. № 2 (9) [Электронный ресурс]. URL: http://e-journal.omgau.ru/images/issues/2017/2/00333.pdf (дата обращения: 19.12.2018).
Baranova E.V., Shumaneva M.V. The Effect of solid organic fertilizers on the productivity of spring wheat and the fertility of meadow-chernozem soil of Omsk Region // Electronic scientific and methodical journal of the Omsk State Agrarian University. 2017. № 2 (9) [Electronic resource]. URL: http://e-journal.omgau.ru/images/issues/2017/2/00333.pdf (date of access: 19.12.2018) (in Russian).
6. Щербина Н.И., Филиппов А.В. Оптимизация применения свиного бесподстилочного навоза при выращивании ярового ячменя на лугово-черноземной почве // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. 2017. № 2 (9) [Электронный ресурс]. URL: http://e-journal.omgau.ru/images/issues/2017/2/00361.pdf (дата обращения: 19.12.2018).
Scherbina N.I., Filippov A.V. Optimization of application of liquid swine manure in the cultivation of spring barley on meadow-chernozem soil // Electronic Scientific Methodological Journal of Omsk State Agrarian University. 2017. № 2 (9) [Electronic resource]. URL: http://e-journal.omgau.ru/images/issues/2017/2/00361.pdf (date of access: 19.12.2018) (in Russian).

Проблема сохранения плодородия пахотных почв в современных условиях не теряет своей актуальности. Интенсивное агрогенное воздействие на почвы без применения мер по сохранению их плодородия приводит к ухудшению баланса элементов питания, гумуса, физико-химических и водно-физических свойств. Так, по данным агрохимической службы Омской области за период с 1990 по 2015 г. средневзвешенное содержание гумуса в почвах региона уменьшилось с 5,34 до 5,0 %. При среднем уровне применения минеральных удобрений 2,2 кг/га и органических 0,8 т/га пашни сохраняется отрицательный баланс азота, фосфора и калия [1]. В этих условиях возрастает роль использования в земледелии биологических ресурсов, в том числе органических удобрений [2]. В настоящее время в регионе работает ряд крупных животноводческих комплексов по производству свинины. Внедрение на производстве современных технологий разделения навоза на жидкую и твердую фракции, систем подготовки, хранения и внесения в почву позволяет повысить продуктивность сельскохозяйственных культур с соблюдением природоохранных требований.

Значение свиного навоза как средства повышения урожайности сельскохозяйственных культур показано в разных регионах страны [3, 4], в том числе в Омской области [5, 6]. В то же время исследований по изменению параметров плодородия почв региона проведено недостаточно. Целью наших исследований являлось изучение действия твердой фракции свиного навоза на показатели почвенного плодородия лугово-черноземной почвы: содержание и состав гумуса, физико-химические свойства, структурное состояние.

Материалы и методы исследования

Исследования проводили в 2016–2018 гг. в полевых опытах, заложенных на опытном поле Омского ГАУ. Территория г. Омска относится к подзоне южной лесостепи. В геоморфологическом отношении опытный участок расположен на равнинной поверхности второй надпойменной террасы реки Иртыш, сложенной аллювиальными отложениями.

Объектом исследования была лугово-черноземная очень маломощная слабогумусированная среднесуглинистая почва (по классификации почв России 2004 г. агрочернозем квазиглееватый среднепахотный среднесуглинистый). По степени эродированности почва является среднесмытой за счет процессов плоскостного смыва.

Опыты закладывали в 2016 и 2017 гг. в непосредственной близости на одной почвенной разности. Использовали твердую фракцию навоза свиноводческого комплекса ООО «РУСКОМ-Агро» Кормиловского района в дозах 20, 30, 40, 50, 60 т/га при его естественной влажности. В статье приводятся данные по влиянию минимальной и максимальной доз навоза на свойства почвы. Навоз вносили весной до посева с последующей заделкой под вспашку на глубину 20 см. Химический состав навоза при естественной влажности: N – 0,57–0,59 %, P2О5 – 1,08–1,13 %, K2О – 0,14–0,21 %, содержание органического вещества 81,2–82,1 %, рН 7,4–8,0, влажность 73,6–73,7 %. Возделываемая культура – пшеница сорта «Элемент-22». Площадь делянки 18 м2, повторность трехкратная. Почвенные пробы отбирали после уборки пшеницы буром на глубину 0–20 см. В пробах почвы определяли содержание гумуса по И.В. Тюрину в модификации В.Н. Симакова с дополнениями Б.А. Никиктина; групповой и фракционный состав гумуса – по И.В. Тюрину в модификации В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой; рН водной суспензии потенциометрическим методом. Обменно-поглощенные катионы вытесняли 1М CH3COONH4 с последующим определением кальция и магния трилонометрическим методом, натрия на пламенном фотометре. Анализ структурно-агрегатного состава почвы проводили по Н.И. Савинову, водопрочность воздушно-сухих структурных агрегатов размером 3–5 мм по П.И. Андрианову в модификации Н.А. Качинского.

Результаты исследования и их обсуждение

Одним из основных показателей плодородия почвы является содержание и качественный состав гумуса. Исследованная лугово-черноземная почва имела низкое его содержание, связанное с воздействием процессов плоскостного смыва, а также с ее длительным сельскохозяйственным использованием (табл. 1).

Таблица 1

Содержание и запасы гумуса в слое 0–20 см лугово-черноземной почвы в условиях применения твердой фракции свиного навоза (опыт 1)

Вариант

Гумус, %

Оценка

содержания гумуса

Запасы гумуса в слое

0–20 см, т/га

Оценка запасов

гумуса

1-й год действия, 2016 г.

Контроль

2,00 ± 0,03

низкое

46,0 ± 0,19

очень низкие

Навоз 20 т/га

2,14 ± 0,01

низкое

49,2 ± 0,27

очень низкие

Навоз 60 т/га

2,67 ± 0,01

низкое

61,4 ± 0,30

низкие

1-й год последействия, 2017 г.

Контроль

2,06 ± 0,04

низкое

47,4 ± 0,89

очень низкие

Навоз 20 т/га

2,11 ± 0,04

низкое

48,5 ± 0,75

очень низкие

Навоз 60 т/га

2,64 ± 0,07

низкое

60,7 ± 1,68

низкие

2-й год последействия, 2018 г.

Контроль

2,10 ± 0,04

низкое

48,4 ± 0,84

очень низкие

Навоз 20 т/га

2,09 ± 0,08

низкое

48,0 ± 1,93

очень низкие

Навоз 60 т/га

2,45 ± 0,02

низкое

56,3 ± 0,41

низкие

Примечание. Плотность почвы в слое 0–20 см 1,15 г/см3. Величина НСР05 для содержания гумуса в 2016 г. 0,13 %, в 2017 и 2018 гг. 0,41 %.

Запасы гумуса в слое 0–20 см почвы оценивались как очень низкие. Применение органического удобрения в год действия вызвало увеличение содержания гумуса и его запасов в почве на 7,5 % при дозе 20 т/га и на 33,5 % в варианте с дозой 60 т/га. В первый год последействия навоза более высокий уровень содержания гумуса в пахотном слое почвы (на 28,5 % по сравнению с контролем) сохранялся только при максимальной дозе удобрения. Увеличение количества гумусовых веществ в почве при внесении навоза связано с высоким содержанием в нем углеродсодержащих органических веществ, в том числе частично гумифицированных. На второй год последействия статистически достоверных различий в содержании гумуса между вариантами не наблюдалось при сохранении тенденции к его увеличению в варианте с дозой 60 т/га.

Лугово-черноземная почва характеризовалась фульватно-гуматным типом гумуса (табл. 2).

Таблица 2

Групповой состав гумуса в слое 0–20 см лугово-черноземной почвы в условиях применения твердой фракции свиного навоза (опыт 1)

Вариант

1 год действия, 2016 г.

1 год последействия, 2017 г.

Собщ, %*

Сгк

Сфк

Сгк/Сфк

Собщ* почвы, %

Сгк-1, % от Собщ

% от Собщ

Контроль

1,16

53,9

32,8

1,64

1,19

4,3

Навоз 20 т/га

1,24

62,9

28,9

2,18

1,22

10,6

Навоз 60 т/га

1,55

64,5

30,0

2,15

1,53

10,4

Примечание. Сгк – углерод гуминовых, Сфк – углерод фульвокислот; * – от массы почвы.

Среди гуминовых кислот преобладала фракция (ГК2), связанная с кальцием (30,76 % общего углерода и 57,1 % общей суммы ГК). Доля гуминовых кислот, прочно связанных с глинистыми минералами и устойчивыми полуторными оксидами (фракция ГК3), была меньше: 15,7 % от общего содержания углерода. На долю фракции ГК 1 (свободная и связанная с подвижными полуторными оксидами) приходилось всего 7,4 % углерода. Между тем именно эта фракция играет наиболее важную роль в питании растений. Среди ФК количество «агрессивных» фульвокислот (ФК1а) занимало 14,7 % их общей суммы. Содержание остальных фракций этой группы кислот распределилось приблизительно в равных долях.

Действие свиного навоза за вегетационный период вызвало определенные изменения фракционно-группового состава гумуса почвы. В вариантах с удобрением увеличилось содержание углерода гуминовых кислот, среди которых доля свободных кислот возросла на 73-97 % по сравнению с контролем и достигла 14,6 % от общего содержания углерода. Увеличение содержания фракций ГК3, связанных с устойчивыми полуторными оксидами и глинистыми минералами, достигало 18–46 %. Степень гумификации органического вещества по всем вариантам опыта была очень высокая. В составе ФК было отмечено снижение содержания фракций ФК1 и ФК3 и увеличение доли ФК, связанных с фракцией ГК2, т.е. связанных с кальцием. Общее содержание углерода ФК в почве под действием навоза существенно не изменилось. В вариантах с внесением свиного навоза отмечалось увеличение соотношения Сгк/Сфк до 2,15–2,18 и изменение типа гумуса от фульватно-гуматного до гуматного.

В год последействия удобрения сохранялось не только более высокое содержание углерода в почве, но и более высокое содержание лабильной фракции ГК-1 (табл. 2). Повышение содержания гуминовых кислот и снижение доли фульвокислот при заметном изменении соотношения Сгк/Сфк в сторону его расширения наблюдалось в опытах на лугово-черноземной почве с длительным применением навоза крупного рогатого скота [2].

Одними из показателей плодородия почвы являются состав и количество обменно-поглощенных катионов, а также реакция среды. Почва контрольного варианта имела сравнительно небольшую величину суммы обменных катионов (18,2 ммоль/100 г), связанную с низким содержанием гумуса и среднесуглинистым гранулометрическим составом (табл. 3).

Таблица 3

Физико-химические свойства слоя 0–20 см лугово-черноземной почвы в условиях применения твердой фракции свиного навоза (2017 г.)

Вариант

рН

Ca2+

Mg2+

Na+

S*,

ммоль/100 г

ммоль/100 г

%

ммоль/100 г

%

ммоль/ 100 г

%

1-й год действия навоза (опыт 2)

Контроль

6,38

9,58

52,6

7,92

43,5

0,70

3,84

18,2

20 т/га

6,35

11,7

57,9

8,03

39,8

0,46

2,28

20,2

60 т/га

6,48

10,4

48,8

10,4

48,8

0,45

2,11

21,3

1-й год последействия навоза (опыт 1)

Контроль

6,71

9,60

52,7

7,90

43,4

0,71

3,90

18,2

20 т/га

6,65

10,0

51,8

8,75

45,3

0,48

2,49

19,3

60 т/га

6,47

10,8

53,7

8,75

43,5

0,48

2,39

20,1

Примечание. * – сумма поглощенных оснований. НСР05 для Ca2+ в год действия 1,46, в год последействия 1,47 ммоль/100 г, для Mg2+ 2,95 и 2,91 ммоль/100 г.

Соотношение обменно-поглощенных катионов с агроэкологической точки зрения не являлось оптимальным. При низком содержании обменного кальция в почве (52,6–52,7 % суммы катионов) наблюдалось повышенное количество магния, на долю которого приходится 43,4–43,5 %.

Применение навоза не вызвало существенных изменений состава и соотношения обменно-поглощенных катионов почвы. Однако четко наметилась тенденция к увеличению их суммы на 10,4–17,0 % по отношению к контрольному варианту. Реакция среды в пахотном слое лугово-черноземной почвы в контрольных вариантах изменялась от слабокислой до близкой к нейтральной. Применение органического удобрения не повлияло существенно на величину рН водной суспензии. Даже при внесении навоза с рН 8,0 в 2017 г. не отмечено подщелачивания почвы.

Одним из важнейших свойств почвы, определяющим физические и физико-механические свойства, воздушный, водный режимы и в целом ее плодородие, является структура. Пахотный слой лугово-черноземной почвы морфологически характеризовался пылевато-глыбисто-комковатой структурой, характерной для длительно используемых в пашне почв. Почва опытного участка имеет неблагоприятное структурное состояние в связи с низким содержанием органического вещества и лабильных фракций гуминовых кислот, обменно-поглощенного кальция и его неблагоприятным соотношением с магнием, воздействием эрозионных процессов, ежегодными механическими обработками. По количеству агрегатов с размером более 0,5 мм почва имеет среднюю и хорошую степень агрегированности. Однако значительная их доля входит в состав фракций с размером > 10 мм (44,3–53,6 %) и < 0,25 мм (10,3–14,8 %). В соответствии с этим количество агрономически ценных по размерам агрегатов в почве контрольных вариантов было небольшим, но оценивалось как удовлетворительное (табл. 4).

Таблица 4

Показатели структурного состояния пахотного слоя лугово-черноземной почвы (опыт 1)

Вариант

Кагр

Количество агрономически ценных агрегатов, %

Кстр

Количество водопрочных агрегатов, %

2016 г., 1-й год действия навоза

Контроль

67,4

57,7

1,36

10,0 ± 1,63

Навоз 20 т/га

66,6

56,6

1,30

12,7 ± 0,67

Навоз 60 т/га

76,0

46,2

0,86

16,7 ± 2,40

2017 г., 1-й год последействия навоза

Контроль

84,0

45,4

0,80

22,5 ± 1,44

Навоз 20 т/га

82,9

48,4

0,90

26,7 ± 5,46

Навоз 60 т/га

82,2

44,3

0,80

33,3 ± 3,31

2018 г., 2-й год последействия навоза

Контроль

91,0

43,4

0,77

10,0 ± 2,89

Навоз 20 т/га

93,6

30,6

0,44

10,8 ± 0,83

Навоз 60 т/га

92,6

42,0

0,72

25,0 ± 3,82

Примечание. Кагр – коэффициент агрегированности, рассчитан как сумма агрегатов > 0,50 мм; Кстр – коэффициент структурности, рассчитан как отношение агрономически ценных агрегатов 0,25–10 мм к сумме агрегатов <0,25 мм и >10 мм. Величина НСР05 для количества водопрочных агрегатов в 2016 г. 6,33 %, в 2017 г. 8,67 %, в 2018 г. 9,46 %.

Навоз оказывал неустойчивое влияние на структуру почвы. Так, в опыте 1 в год действия отмечалось снижение количества агрономически ценных агрегатов и величины коэффициента структурности за счет увеличения глыбистых агрегатов (табл. 4). В то же время в опыте 2 в период действия, напротив, было установлено увеличение коэффициента структурности с 0,46 на контроле до 1,20–0,70 в вариантах с навозом, уменьшение содержания фракции агрегатов > 10 мм и увеличение количества мезоагрегатов размером 3–5 мм. При последействии навоза существенных изменений структурно-агрегатного состава почвы не было выявлено.

Количество водопрочных агрегатов размером 3–5 мм в пахотном слое почвы контрольных вариантов в разные годы изменялось от 10,0 до 22,5 % и оценивалось как низкое. Действие навоза в дозе 60 т/га привело к существенному увеличению их доли на 67,0 %, однако водопрочность структуры оставалась неудовлетворительной. В годы последействия органического удобрения его положительное существенное влияние на количество устойчивых к воздействию воды агрегатов, также сохранялось только при дозе навоза 60 т/га. Следует отметить, что формирование структуры почвы является длительным процессом, происходящим под действием комплекса механических, физико-химических, химических и биологических факторов. Для улучшения структурного состояния почвы требуется не одноразовое, а систематическое применение органических удобрений в сочетании с рациональной системой обработки почвы и севооборотом.

Заключение

Таким образом, проведенные исследования свидетельствуют о положительном влиянии твердой фракции свиного навоза на показатели эффективного плодородия лугово-черноземной очень маломощной слабогумусированной среднесмытой почвы. Применение навоза в дозах 20 и 60 т/га вызвало улучшение гумусного состояния почвы в период его действия и первый год последействия. Содержание и запасы гумуса в год действия удобрения существенно увеличивались на 7,5 и 33,5 % соответственно дозам, в первый год последействия – на 28,0 % в варианте с дозой навоза 60 т/га. В составе гумуса произошло увеличение содержания гуминовых кислот и их лабильной фракции, участвующей в питании растений, на 73–97 % в год действия навоза и до 2,5 раз в первый год последействия. Действие свиного навоза способствовало увеличению соотношения Сгк/Сфк от 1,64 до 2,15–2,18 и изменению типа гумуса от фульватно-гуматного до гуматного. Состав обменно-поглощенных катионов и реакция среды в условиях применения навоза отличались большей стабильностью, при этом наблюдалась тенденция возрастания величины суммы поглощенных оснований. Увеличение количества водопрочных агрегатов в год действия и два года последействия навоза наблюдалось только при его максимальной дозе. В целом наиболее значимое влияние на гумусное состояние и водопрочность структуры лугово-черноземной почвы оказала доза твердой фракции свиного навоза 60 т/га.


Библиографическая ссылка

Азаренко Ю.А., Алексеева Ж.Л. ИЗМЕНЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПЛОДОРОДИЯ ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМНОЙ ПОЧВЫ ОМСКОГО ПРИИРТЫШЬЯ В УСЛОВИЯХ ПРИМЕНЕНИЯ СВИНОГО НАВОЗА // Успехи современного естествознания. – 2018. – № 12-2. – С. 266-271;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37006 (дата обращения: 28.05.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074