1. Введение

Высоко плодородные пахотные почвы мира являются основным ресурсом, обеспечивающим продовольственную безопасность населения [1]. Однако стабильно высокая антропогенная нагрузка на пашню приводит к изменению протекающих в ней биологических и физико-химических процессов [2]. Это приводит к деградации почвы, ухудшается почвенное плодородие усиливаются процессы эрозии и снижается продуктивность агроэкосистем [3], [4]. Для решения данной проблемы товаропроизводители прибегают к увеличению количества применяемых минеральных форм удобрений [5]. В короткой перспективе данный прием оказывает положительный эффект и увеличивает продуктивность агроценозов [6]. Однако в долгосрочной перспективе отмечается негативный эффект, а именно снижение содержания и качества гумуса, подкисление почвы, ухудшение агрофизических свойств почвы из-за уменьшения запасов органического углерода в почве [7], [8]. Одним из негативных эффектов, который наблюдается при стабильно высоком использовании минеральных удобрений это увеличение обменной и гидролитической кислотности почвы, снижение степени насыщенности почвы основаниями. Для борьбы с данной проблемой применяют известкование, которое показывает положительный эффект в течение 3–7 лет и в дальнейшем требуется повторное проведение мероприятия [8], [10]. Альтернативным способом является использование карбонатных сапропелей, которые также показывают хорошую эффективность в долгосрочной перспективе. Однако их эффект в отличие от мелиорантов наступает не сразу, а через длительный промежуток времени [11], [12]. Также для снижения кислотности почвы необходимы высокие дозы сапропеля, что в связи с разнообразным питательным составом, может негативно сказаться на развитии культурных растений. Доступным методом с пролонгированным действием может являться совместное применение мелиорантов с сапропелями, что будет быстро снижать обменную кислотность, а также длительное время поддерживать ее на оптимальном уровне. К тому же с сапропелями в почву будут дополнительно поступать питательные вещества и самое главное органический углерод, который может способствовать улучшению не только физико-химических свойств почвы, но и агрофизических [13], [14].

Цель исследования — установить влияние совместного применения мела и извести с сапропелем на физико-химические свойства почвы и биометрические показатели овса.

2. Методы и принципы исследования

Исследование проводили в лабораторных условиях, в соответствии с ГОСТ Р ИСО 22030 в качестве тест-культуры использовали рекомендованный вид тест-культур – овес, районированного в Тюменской области сорт «Талисман». В качестве основы использовали почву, отобранную на опытном после ТюмГУ весной в паровом поле. Почва — чернозем выщелоченный маломощный, среднегумусный, тяжелосуглинистый, который имел следующие изначальные агрохимические характеристики: обменная кислотность слабокислая 5,4±0,2 ед.рН (ГОСТ Р 58594); содержание органического углерода — 4,2% (ГОСТ 26213); содержание нитратного азота — 10,2±3,1 мг/кг (ГОСТ 26951); содержание подвижного фосфора низкое и калия среднее 35,3±6,7 мг/кг и 67,4±10,2мг/кг почвы соответственно (ГОСТ 26204). Обоснованность выбора данной почвы связана с тем, что она является одной из наиболее распространенных пахотных почв в лесостепной зоне Зауралья, на которой в последние годы отмечается существенное повышение кислотности. В пластиковые сосуды объемом 1,5 дм3 помещали приготовленный субстрат, к 1000 г почвы, добавляли сапропель (добытый на озере Кайволы-Куль Нижнетавдинского района Тюменской области), мел и известь (приобретались в торговых сетях) в массовых соотношениях, представленных в таблице 1. В дальнейшем продлили замачивание в воде откалиброванных по массе семян в чашках Петри на сутки. После чего переносили по 12 проросших зерен в каждый сосуд и заглубляли на 1,5 см в субстрат стеклянными палочками, равномерно поливая 150 мл дистиллированной водой, в дальнейшем каждые сутки проводили полив по 50 мл воды. После закладки опыта все варианты отправляли в климатическую камеру с поддержанием температуры в 20 оС и заданной программы дня, и ночи со световым днем в 18 часов. После 10 суток в контейнерах проводили прореживание и оставляли по 10 растений. Опыт закладывали в 5-м кратном повторении.

На 5, 7 и 10 сутки определяли количество всходов. На 7 и 14 сутки определяли высоту растений с применением линейки. По истечению 14 суток проводили отбор растительного материала (5 растений с каждой повторности): для этого аккуратно вынимали субстрат из контейнера, разрушали структуру почвы и с корневой системой извлекали растения, в дальнейшем проводили ее отмывание от оставшейся почвы под проточной водой. У растений, которые извлекли из контейнера измеряли длину стебля и корневой системы, после чего аккуратно отрезали корневую систему ножницами и проводили взвешивание сырой массы на высоко точных весах, после чего пересчетом устанавливали массу вегетативной части и корневой системы. Оставшиеся растения оставляли в контейнере до наступления фазы кущения.

В период начала кущения проводили отбор почвы из контейнера, которую в лабораторных условиях подготавливали для определения обменной кислотности по ГОСТ 26483; гидролитической кислотности по ГОСТ 26212; суммы поглощенных оснований по ГОСТ 27821; емкости катионного обмена по ГОСТ 17.4.4.01; степень насыщенности почв основаниями находили расчетным методом. Статистическую обработку данных проводили по общепринятой методике в надстройке AgStat программы Microsoft Excel.

3. Основные результаты

Обменная кислотность в контрольном варианте составляла 5,5 ед.рН, что характеризует почву как слабокислую кислую (табл. 2). В вариантах с применением совместного использования сапропеля и извести ФСИ1, ФСИ2 и ФСИ3 обменная кислотность становилась близкой к нейтральной 6,3–6,5 ед.рН при НСР05=0,3 ед.рН. В вариантах с применением сапропеля и мела ФСМ1, ФСМ2 и ФСМ3 кислотность почвы доходила до нейтральных значений 6,7–6,9 ед.рН. Изменение обменной кислотности почвы В вариантах с применением сапропеля, извести и мела связано нейтрализующим действием данных компонентов ионов водорода находящихся в жидкой фазе почвы.

Гидролитическая кислотность почвы в контроле составляла 3,8 ммоль/100 г почвы. В вариантах с совместным внесением сапропеля и извести данный показатель снижался до 1,3–1,7 ммоль/100 г, а при применении мела и сапропеля до 1,1 ммоль/100 г. Это происходит по причине повышения суммы поглощенных оснований, которая в контроле не превышала 36,5 ммоль/100 г, а в вариантах с применением сапропеля, извести и мела до 45,2–48,7 ммоль/100 г. Во всех удобренных вариантах отмечалось повышение емкости катионного обмена на 16-24% относительно контроля, на котором значения достигали 40,3 мг-экв/100 г почвы. Степень насыщенности почвы оснований при совместном применении сапропеля с известью или мелом увеличилась на 5–7% относительно контроля, на котором значения достигали 91%. Существенное изменение гидролитической кислотности и других физико-химических показателей почвы в короткий срок связаны поступлением в почву высокого количества катионов кальция и магния, которые в больших значениях находились как в сапропеле, так и мелиорантах. Достаточный уровень увлажнения почвы на протяжении всего исследования позволял хорошо растворяться, высвобождаться и вступать в химические реакции катионам кальция и магния в почвенно-поглощающем комплексе.

Таким образом, совместное внесение сапропеля в дозах и дополнительного применения мела или извести приводило к улучшению физико-химических свойств почвы из-за поступления в почву катионов кальция, магния, а также органического вещества. За счет чего повысилась степень насыщенности почвы основаниями, емкость катионного обмена и сумма поглощенных оснований, что привело к уменьшению обменной кислотности почвы на 0,8–1,4 ед.рН.

Биометрические показатели развития тест-культуры показывают отзывчивость растений на внесение удобрений и мелиорантов, а также токсическое действие на них. Всходы растений овса на 5 сутки в контроле достигали 66,7%, в вариантах ФСИ1 и ФСИ2 всхожесть увеличилась в 1,06 раз. В варианте ФСИ3 всхожесть статистически значимо не отличалась от контроля (НСР05=4,2%). В вариантах ФСМ1 и ФСМ2, где совместно вносили мел и сапропель всхожесть относительно контроля возрастала в 1,16 раз. На варианте ФСМ3 достоверного значимого отличия с контролем не отмечено.

На 7 сутки всхожесть увеличивалось не значительно: в контроле до 69,2%, в то время как на всех вариантах с применением сапропеля и извести всхожесть возросла в 1,12 раз, а в вариантах ФСМ1 и ФСМ2 с применением мела и сапропеля всхожесть была выше контроля в 1,20 и 1,24 раза соответственно, а в варианте ФСМ3 отличий с контролем не отмечено (НСР05=6,7%).

На 10 сутки в контроле всхожесть составляла 75,0%, внесение сапропеля и извести на вариантах ФСИ1 и ФСИ2 обеспечивало появление всхожести на уровне 83,0 и 80,8% соответственно, в то время как в варианте ФСИ3 всхожесть была на уровне контроля (НСР05=5,0%). В варианте с применением мела и сапропеля ФСМ1 и ФСМ2 всхожесть на 10 сутки составляла 89,2%, что выше значений контроля 1,19 раз. В варианте ФСМ3 математически подтверждённых различий с контролем не отмечено.

Высота растений на 7 сутки в контроле достигала 8,8 см. В вариантах с применением извести и сапропеля (ФСИ1 и ФСИ2) высота растений повышалась до 10,4-10,9 см., в то время как в варианте с применением извести и более высокой дозы сапропеля (ФСИ3) высота растений не превышала 9,7 см. В вариантах с внесением мела и сапропеля отмечалась подобная тенденция, где в варианте ФСМ1 и ФСМ2 высота растений достигает максимума — 10,5 и 11,6 см соответственно, а при использовании более высокой дозы сапропеля (ФСМ3) высота не превышает 9,5 см и была на уровне контроля.

На 14 сутки высота растений в контроле увеличивалась до 14,1 см при вегетативной массе растений в 0,56 г. В вариантах с применением извести и сапропеля (ФСИ1 и ФСИ2) высота была больше контроля на 1,1-1,2 см, а вегетативная масса на 0,12–0,13 г. В варианте ФСИ3, где использовалась более высокая доза сапропеля различий с контролем не наблюдалось как по массе, так и длине растений. В вариантах с применением мела и сапропеля (ФСМ1 и ФСМ2) высота растений достигала максимума 16,1 и 17,2 см соответственно при массе в 0,71 г. На варианте (ФСМ3) различий с контролем не наблюдалось.

Длина корневой системы в контроле составляла 3,7 см при массе с 10 растений в 0,021 г, в вариантах ФСИ1 и ФСИ2 существенных отличий с контролем не отмечалось как в длине, так и массе корневой системы. В варианте (ФСИ3) длина корней была на 0,3 см выше при НСР05=0,2 см, а масса на 29% больше. В вариантах ФСМ1 и ФСМ2 длина корневой системы составляла 4,1 см при массе в 0,028-0,029 г, а на варианте ФСМ3 длинна корней составляла 4,0 см, при этом различий в массе не наблюдалось.

Таким образом, положительный эффект на биометрические показатели овса оказало совместное внесение извести и сапропеля в вариантах ФСИ1 и ФСИ2, где отмечалось увеличение всхожести растений, а также длины и массы растений на 1,1–1,2 см и 0,12-0,13 г, однако различий в массе и длине корневой системы не отмечено. Наибольший результат был получен при использовании мела и сапропеля в вариантах ФСМ1 и ФСМ2, где была лучше всхожесть, а также масса 0,71 г и длина растений 16,1–17,2 см, длина — 4,1 см и масса корневой системы 0,028–0,029 г. Высокая доза сапропеля с совместным применением извести или мела в вариантах ФСИ3 и ФСМ3 приводила к нивелированию положительного эффекта, где различий с контролем не наблюдалось. Это может быть связано с тем, что высокие дозы сапропеля вызывают нарушения соотношений питательных веществ в почве и приводит к затруднению развития растений.

4. Заключение

В вариантах ФСИ1, ФСИ2, ФСМ1 и ФСМ2 отмечено, что совместное внесение сапропеля и дополнительного применения мела, извести приводило к улучшению физико-химических свойств, увеличивалась степень насыщенности почвы на 4–7% и снижалась обменной кислотности почвы на 0,8–1,4 ед.рН.

Внесение извести и сапропеля в дозах, внесенных в вариантах ФСИ1 и ФСИ2, приводило к увеличению всхожести растений, а также длинны и массы растений на 1,1–1,2 см и 0,12–0,13 г. Наибольшая эффективность отмечалась при использовании мела и сапропеля в пропорциях, внесенных в вариантах ФСМ1 и ФСМ2, где масса растений увеличивалась до 0,71 г, длинна растений до 16,1–17,2 см, а длина и масса корневой системы на 4,1 см и 0,028–0,029 г соответственно. В вариантах ФСИ3 и ФСМ3 внесенные высокие дозы сапропеля с совместным применением извести или мела не оказывали положительный эффект на биометрические показатели овса.

The additional file for this article can be found as follows: