В завершение, обобщая комплекс многочисленных вопросов, связанных с региональными особенностями распространения микроэлементов в почвах и действия микроудобрений на урожай возделываемых культур в самом западном регионе России, можно сделать следующие выводы и предложения.
1. Почвообразование на территории Калининградской области происходит в специфических природно-климатических условиях, характеризующихся теплым влажным климатом, развитием разнообразных процессов — подзолистого, дернового, болотного, и также буроземного и процесса лессиважа. Здесь высокий годовой прирост растительной массы, обеспечивающий большое поступление органического вещества в почву, сочетается с энергичной его минерализацией, что обусловливает интенсивность круговорота веществ в системе почва — растение. Эти особенности наряду с влиянием древней земледельческой культуры сглаживают общие закономерности, присущие каждому процессу почвообразования, и вносят региональные отличия.
2. Микроэлементный состав почвообразующих пород определяется особенностями их минералогического, химического и гранулометрического состава. Среднее содержание микроэлементов в почвообразующих породах колеблется в следующих пределах: бора от 2 до 16, меди — 3 до 25, марганца — от 45 до 380, молибдена — от 0,5 до 1,7, кобальта — от 1 до 14 м цинка — от 9,7 до 47 мг в 1 кг породы. Водно-ледниковые безвалунные глины и пылеватые суглинки отличаются более высоким содержанием микроэлементов, по сравнению с моренными валунными суглинками и супесями. Минимальное количество микроэлементов отмечено в озерно-ледниковых безвалунных и древнеаллювиальных сортированных песках. Сравнительно высоким содержанием бора, меди и марганца и низким — кобальта и цинка характеризуется погребенный торф.
В целом содержание микроэлементов в почвообразующих породах области ниже по сравнению с почвообразующими породами Европейской части Российской Федерации и соизмеримо с количеством последних в породах Белоруссии и Прибалтики, что свидетельствует о единстве их происхождения.
3. Микроэлементный состав почвенно-грунтовых вод формируется под влиянием особенностей химического состава почв и пород. Содержание микроэлементов в почвенно-грунтовых водах колеблется в следующих пределах: бора — 0,88—3,8 γ/л; меди — 4,3— 19,1; марганца — 47—453; молибдена — 0,2—0,8; кобальта — 0,4— 1,7 и цинка 40—147 γ/л. Колебания величин концентрации микроэлементов в почвенно-грунтовых водах является следствием пестроты почвенного покрова и разнообразия почвообразующих пород.
Отмечается повышенное содержание бора, меди, молибдена и цинка в водах восточной зоны региона, отличающихся более высокой минерализацией и количеством органического вещества, а также марганца и кобальта в водах северной зоны, где значительно распространены аллювиальные и торфяные почвы.
4. Специфика условий почвообразования накладывает свой отпечаток на количественные параметры содержания микроэлементов в почвах. В целом валовое содержание бора колеблется в пределах 8,5— 13,6; меди — 12,7—19; марганца — 211—321; молибдена — 0,65—1,5; кобальта — 5,7—12,2; цинка — 45—83 мг/кг, подвижных форм соответственно: бора — 0,37—0,97; меди — 2,7—9,1; марганца — 60,7— 78,1; молибдена — 0,05—0,08; кобальта — 0,79—1,3; цинка — 0,57—2,1 мг/кг.
Аллювиальные и осушаемые торфяные почвы характеризуются более высоким как валовым содержанием, так и количеством подвижных форм большинства микроэлементов, по сравнению с дерново-подзолистыми и дерновыми почвами. Валовое количество меди и цинка в почвах области, а также подвижных форм бора, меди, кобальта и цинка выше, а марганца и подвижного молибдена — ниже, чем в почвах Белоруссии и Прибалтики и соизмеримо с количеством последних в таежно-лесных почвах Европейской части Российской Федерации.
5. Общие закономерности распределения микроэлементов, установленные различными авторами для других регионов страны, находят свое отражение и в почвах области. Ведущими факторами, определяющими содержание микроэлементов, являются гранулометрический состав минеральных почв (r=0,31—0,82) и зольность органогенных (r=0,33—0,82), а также содержание гумуса (r=0,33—0,92). Особенности почвенных процессов, заключающиеся в активной миграции химических элементов, предопределили слабой степени устойчивости связь содержания микроэлементов с показателями, характеризующими реакцию почвы: pH — (r=0,22—0,7); S — (r=0,17—0,78); V — (r=0,22—0,65).
6. Разнообразие природных факторов и неодинаковость их участия в почвообразовании явились одной из главных причин сложной дифференциации распределения веществ по профилю с накоплением микроэлементов в зонах геохимических барьеров. В дерново-подзолистых и дерновых почвах в силу превалирования биогенной аккумуляции максимальное количество большинства микроэлементов обнаруживается в гумусовом и иллювиальном горизонтах. Микроэлементный состав профилей аллювиальных и осушаемых торфяных почв формируется под воздействием биогенной, гидрогенной и механической аккумуляции, что и определяет характерные особенности в распределении микроэлементов по профилю этих почв. Количественную характеристику миграции микроэлементов в профиле дают величины коэффициентов их накопления, которые для валовых форм колеблются в пределах от 1,3 до 4,1; подвижных — от 2,2 до 6,1, что свидетельствует о преобладании биогенной аккумуляции микроэлементов в гумусовом горизонте почв.
7. Региональные особенности почвообразования, связанные со спецификой геоморфологических, климатических и почвенных условий, а также гидролитического режима и вида использования земель в условиях интенсивной мелиорации, находят свое отражение в количественном и качественном составе дренажных вод. Ежегодно с гектарной площади отчуждается 2,5—6,5 г бора, 17,3—28,8 г меди, 234—416 г марганца, 0,5—1,5 г молибдена, 1,3—1,9 г кобальта и 112— 250 г цинка. При этом на пашне вынос микроэлементов дренажным стоком в два раза выше, чем на лугопастбищных угодьях, что связано с более интенсивным использованием пахотных земель, активной минерализацией в них органического вещества и значительной миграцией химических элементов в условиях преимущественно промывного водного режима. Уровень выноса микроэлементов дренажным стоком носит сезонный характер — его максимум приходится на зимний и ранневесенний периоды, а минимум — на летний и раннеосенний.
8. В условиях растущего уровня химизации земледелия применение повышенных доз минеральных и органических удобрений на фоне систематического известкования во многом преобразует ход физико-химических превращений, обусловливающих изменение подвижности макро — и микроэлементов в почвах и интенсивности поступления их в растения. При известковании кислых почв в первые годы подвижность микроэлементов и поступление их в растения несколько снижаются, а в последействии — возрастают, что приводит к увеличению общего выноса микроэлементов урожаем. По сравнению с доломитовой мукой сланцевая зола оказывает лучшее воздействие на микроэлементный состав почв, т. к. она содержит в своем составе значительное количество микроэлементов.
При внесении азотных удобрений наблюдается некоторое возрастание подвижности большинства микроэлементов, а фосфорных и органических — снижается, особенно в год их внесения. Калийные удобрения практически не оказывают влияния на подвижность микроэлементов в почвах. На фоне высокого уровня применения удобрений общий вынос микроэлементов с урожаем возрастает в 1,5—2 раза, чем усиливается их дефицит в почвах.
9. Рассчитанный баланс микроэлементов в почвах области свидетельствует о том, что даже при существующем уровне урожайности имеет место ярко выраженный дефицит молибдена, кобальта и цинка. При этом общий расход бора, меди и марганца близок к их поступлению. С ростом урожайности сельскохозяйственных культур значительно увеличивается расход микроэлементов, и практически все они становятся дефицитными, что обусловливает необходимость систематического применения микроудобрений. Этот вывод и данные по расчету баланса подтверждаются результатами анализа изменения содержания микроэлементов в почвах за последние 15 лет. В результате проведения полного цикла известкования кислых почв сланцевой золой за этот период площади почв с недостаточной обеспеченностью бором снизились на 18,2%, медью — 11,3%, марганцем — 2,8%, а молибденом, кобальтом и цинком — возросли соответственно на 0,8; 0,9 и 8,1%.
10. Фактический материал содержания и распределения валовых и подвижных форм микроэлементов в почвах представлен в виде картосхем. Отмечена тесная взаимосвязь специфики распределения микроэлементов с географическими закономерностями распространения почв. Выделены геохимические ассоциации и педогеохимические провинции накопления и рассеяния микроэлементов на территории области, которые представляют собой комплексный материал, характеризующий как геоморфологические, так и почвенные и геохимические особенности территории.
11. Выполненные методические работы по полевому обследованию почв с целью картографирования содержания микроэлементов и совершенствованию их аналитического определения методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии позволяют унифицировать систему исследования микроэлементного состава почв и растений.
Целесообразно отбор почвенных образцов проводить в период с апреля по октябрь по диагонали элементарного участка площадью до 10 га, при этом смешанный образец составлять не менее чем из 40 индивидуальных проб. При атомно-абсорбционном определении меди и марганца возможна замена часового встряхивания суспензии — 15-минутным, а фильтрование — отстаиванием.
12. С использованием ЭВМ составлены многофакторные модели регрессии. Пошаговый анализ этих моделей позволил выделить факторы, существенно влияющие на содержание микроэлементов в почвах, и построить на этой основе логический ряд факторов с учетом их значимости. Полученные уравнения множественной регрессии отражают взаимосвязь комплекса физических и агрохимических свойств почв и содержания микроэлементов и могут быть использованы в качестве теоретической основы для прогнозирования изменения микроэлементного состава почв под влиянием различных агрохимических мероприятий. Региональные особенности изучаемой территории с ее древней земледельческой культурой и превалированием антропогенного воздействия на развитие почв выдвигают актуальность введения здесь мониторинга характера изменения химического состава почв с использованием полученных математических моделей.
13. Предложен качественно новый комплексный метод оценки обеспеченности почв запасами микроэлементов (в кг/га) с использованием характеристики их физических и агрохимических свойств. Запас бора в почвах области в среднем колеблется от 0,7 до 1,4 кг/га; меди — от 5,9 до 13,9; марганца — от 45 до 197; молибдена — от 0,04 до 0,19; кобальта — от 1 до 2,6 и цинка — от 1,2 до 3,4 кг/га. Наибольший запас микроэлементов имеют дерновые и аллювиальные почвы, более низкий — осушаемые торфяные. Дерново-подзолистые почвы занимают промежуточное положение.
В полевых экспериментах установлены градации нуждаемости почв в дополнительном внесении микроэлементов в зависимости от их фактического запаса в гумусовом горизонте. Оценка обеспеченности почв по предложенным градациям хорошо согласуется с отзывчивостью растений на внесение микроудобрений.
В целом почвы области по запасам микроэлементов характеризуются от низкой до высокой степенью обеспеченности бором, медью и марганцем; низкой или средней — кобальтом и цинком; низкой — молибденом.
14. Важнейшей задачей агрохимических исследований является изучение реакции растений на дополнительное внесение микроудобрений в конкретных почвенных условиях. В полевых опытах установлено положительное действие медных, кобальтовых и цинковых удобрений под ячмень; марганцевых, молибденовых и цинковых — под кукурузу; молибденовых, борных и кобальтовых — под кормовые бобы;
медных, кобальтовых и молибденовых — под тимофеевку луговую; марганцевых, борных и цинковых — под кормовую свеклу. При этом эффективность микроудобрений зависела от обеспеченности почв микроэлементами.
15. Из трех известных способов применения микроудобрений наибольшие прибавки урожая изучаемых культур получены от внесения их в почву и предпосевного смачивания семян растворами солей микроэлементов. При этих способах внесения удобрений под ячмень (на фоне N90P90K90) урожай зерна повышался соответственно на 5,3—16,6 и 4—12,7%, кормовых бобов (Р60К60) — на 4,2—13,9 и 3,5—10%, зеленой массы кукурузы и корнеплодов кормовой свеклы (N120P90K120) — на 6—14 и 5—11%, сена тимофеевки луговой (N90P60K90) — на 8,8—16,9 и 4,3—12,1%. Менее значительная прибавка урожая сельскохозяйственных культур (4—8%) получена при некорневой подкормке растений микроэлементами.
16. В полевых экспериментах установлено высокое положительное влияние микроэлементов на качество урожая. Под их воздействием в растениях увеличивалось содержание сырого протеина на 0,5—2,5 абсолютных процента, аминокислот и микроэлементов. При этом общая сумма аминокислот в зерне ячменя повышалась на 3,9—4,6%, кормовых бобах — на 3,2—11,1%, в кукурузной массе — на 1,9—6,7%, сене тимофеевки — на 1,2—4%, корнеплодах кормовой свеклы — на 2,7—7,2%. Микроудобрения увеличивали содержание как заменимых, так и незаменимых аминокислот в растениях, а отношение количества незаменимых кислот к заменимым для каждой отдельной культуры изменялось в небольших пределах, т. е. аминокислотный состав растений оставался постоянным.
При внесении микроудобрений значительно возрастал уровень поступления микроэлементов в растения и их вынос урожаем. Общий вынос бора изучаемыми культурами увеличивался на 13—36%, меди — на 39—45%, марганца — на 30—38%, цинка — на 24—69%, а кобальта и молибдена — в 2—5 раз.
17. Наиболее экономически выгодным способом применения микроудобрений является предпосевная обработка семян растворами солей микроэлементов. При этом способе внесения микроудобрений под ячмень доход на 1 руб. затрат составил от 1 до 7 руб., под кукурузу — от 1,1 до 5 руб., под кормовые бобы — от 1,9 до 7,7 руб., под кормовую свеклу — от 5,7 до 39 руб., под тимофеевку — от 1 до 4,1 руб., а при внесении в почву — соответственно от 0,7 до 1,5; от 0,5 до 1,2; от 0,8 до 4,8; от 3,4 до 10,5 и от 0,7 до 1,7 руб. Некорневая подкормка растений микроэлементами также дает значительный экономический эффект, но более низкий, по сравнению с предпосевным смачиванием семян.
18. В условиях западной части Нечерноземной зоны РФ с учетом региональных особенностей микроэлементного состава почв в целях повышения урожайности и улучшения качества сельскохозяйственных культур наиболее целесообразно применять следующие сочетания микроэлементов: под ячмень — медь, кобальт и цинк; кукурузу — марганец, молибден и цинк; кормовые бобы — молибден, бор и кобальт; многолетние злаковые травы — медь, кобальт и молибден; кормовые корнеплоды — марганец, бор и цинк. Применение повышенных доз минеральных удобрений на фоне систематического известкования усиливает потребность в микроудобрениях.
Учитывая экономическую выгодность метода предпосевного смачивания семян растворами солей микроэлементов, а также недостаточность производства и поступления микроудобрений, этот способ применения микроудобрений наиболее приемлем в земледелии области. Предпосевную обработку семян рекомендуется проводить растворами солей микроэлементов следующих концентраций, в % (в расчете на элемент): бора — 0,02; меди — 0,01; марганца — 0,06; молибдена — 0,2; кобальта — 0,3 и цинка — 0,05. Расход раствора на обработку 1 ц семян должен составлять (л): зерновые хлеба, однолетние бобовые культуры — 2; овощи и корнеплоды — 7; многолетние травы — 12. Смачивание семян можно совместить с предпосевным протравливанием, что сводит к минимуму затраты на применение микроудобрений и позволяет полностью механизировать процесс, а небольшой расход микроудобрений дает возможность применить их на значительной площади.
В дальнейшем, по мере расширения производства микроудобрений и увеличения выпуска минеральных удобрений с добавками микроэлементов, значительная доля потребности растений в микроэлементах будет удовлетворяться посредством внесения их в почву. При этом борные удобрения следует вносить в дозах от 0,5 до 2 кг/га, медные и цинковые — от 2 до 8, марганцевые — от 3 до 12, кобальтовые и молибденовые — от 0,3 до 1,2 кг/га (в расчете на элемент) в зависимости от обеспеченности почв запасами микроэлементов.
Применение микроудобрений методом некорневой подкормки следует проводить при появлении признаков недостатка микроэлементов у растений, концентрация растворов для их опрыскивания должна быть в два раза ниже, чем при предпосевном смачивании семян.
19. При решении проблемы рационального применения микроудобрений целесообразно проводить фактическую оценку обеспеченности почв микроэлементами по предложенным градациям запасов (в кг/га). С этой целью агрохимической службе при проведении обследования почв на содержание микроэлементов необходимо дополнительно учитывать объемную массу и мощность гумусового горизонта.
20. Исследования содержания микроэлементов в почвах целесообразно совмещать с массовым обследованием почв, проводимым агрохимической службой.
21. Предложенные многофакторные математические модели взаимосвязи микроэлементного состава со свойствами почв могут использоваться в расчетном рекогносцировочном методе прогнозирования изменения содержания микроэлементов в почвах и в системе почва — растение.