Расчет баланса гумуса и потерь от деградации почвы

ФГОУ ВПО «Башкирский  государственный аграрный университет»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

 

РАСЧЕТ БАЛАНСА  ГУМУСА И ПОТЕРЬ ОТ ДЕГРАДАЦИИ ПОЧВЫ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

УФА 2013 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Гумус - это сложный  динамичный комплекс органических соединений, образующихся при разложении и гумификации  остатков растительного и животного происхождения. Содержание гумуса в почве - важнейший показатель их плодородия, т.к. гумус влияет на тепловые, воздушные и водные свойства почвы, ее поглотительную способность и биологическую активность. В необрабатываемых почвах содержание гумуса находится в равновесном состоянии, которое нарушается при распашке и обработке почв. В связи с этим при обработке почв необходимо заботиться о создании в них условий для пополнения запасов гумуса и сохранения его положительного баланса. Органическое вещество в почве неоднородно. В его составе выделяют:

- свежее органическое вещество (растительные остатки и органические удобрения), 70 - 80 % которого разлагается (минерализуется) в первые 1-2 года;

- промежуточные продукты разложения (дегрит), составляющие 20-30% свежего органического вещества, из которого в процессе гумификации образуются гумусовые вещества;

- собственно гумусовые вещества, включающие новообразованный и стабильный гумус со скоростью минерализации 1-2% в год.

На разных почвах под  разными культурами интенсивность  минерализации гумуса не одинакова.

Органическое вещество повышает способность  почвы поглощать газы, пары воды и растворенные в ней вещества. Оно регулирует питательный режим, реакцию среды, буферность и водно-физические свойства почвы, устойчивость ее к эрозии и дефляции. Органическое вещество служит также энергетическим материалом для жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, играющих важную роль в обеспечении растений углекислотой и элементами питания

Гумусовые вещества, особенно свежеобразованные, обладают склеивающей способностью и благоприятствуют созданию водопрочной и пористой структуры почвы.

В почве постоянно  протекают два противоположных  процесса: накопление и расходование гумуса. Образование и накопление гумуса в почве происходит в процессе разложения и гумификации органических удобрений, растительных и животных остатков, а расход - в процессе его минерализации и выноса образовавшихся питательных веществ с урожаем. Большие потери гумуса происходят в результате эрозии и дефляции почв.

При обработке почвы  гумус постепенно минерализуется, а высвобождаемые при этом питательные вещества в минеральной форме, особенно азот, используют растения. Даже при внесении повышенных доз минеральных удобрений до 2/3 урожая сельскохозяйственных культур формируется за счет азота гумуса, а без внесения минеральных удобрений - полностью за счет азота, получаемого при минерализации гумуса. В процессе минерализации гумуса помимо азота образуются фосфор, сера, окись углерода и другие, необходимые для растений элементы и соединения. В результате этого содержание гумуса в обрабатываемых почвах неуклонно снижается. По зонам Республики Башкортостан снижение гумуса в почвах за 20-25 летний период между полевыми обследованиями составляет от 0,5 до 1,5%. Поэтому для поддержания в почве положительного баланса гумуса необходимо постоянно пополнять его запасы путем внесения органических удобрений, запашки сидератов, оставления побочных продуктов урожая и т.д.

Культурные растения оставляют  после себя значительное количество пожнивных и корневых остатков (многолетние травы на сено - до 60% биомассы, картофель - до 27-30%), которые трансформируются в гумус и минерализуются. Процесс разложения и гумификации растительных остатков зависит от соотношения в них С : N. Оптимальным является соотношение С : N равное 15-25: 1. При меньшем соотношении происходит интенсивная минерализация органического вещества растительных остатков и уменьшается количество новообразованного гумуса. При больших значениях - процесс разложения органического вещества растительных остатков замедляется, а гумификация - усиливается.

Долю (процент) свежего  органического вещества почвы, трансформирующегося в гумус, называют коэффициентом гумификации, или изогумусовым коэффициентом. Величина коэффициента зависит от типа почв и вида органического вещества, корневых и пожнивных остатков. Для зерновых культур он составляет 0,15-0,20; для многолетних трав 0,05-0,10; для органических удобрений 0,20-0,30. При этом в суглинистых почвах он выше, чем в песчаных; в черноземах - выше, чем в дерновоподзолистых и серых лесных почвах.

Баланс гумуса в почве  в значительной мере зависит от структуры  посевных площадей и чередования культур в севообороте. После многолетних трав гумус в почве восстанавливается полностью, а после других культур - только частично. Ускорению процесса разложения органического вещества и минерализации гумуса способствует обработка почвы, в процессе которой, улучшается воздушный обмен и создаются, аэробные условия для микроорганизмов. Значительные потери гумуса и питательных веществ происходят в результате эрозии и дефляции почв.

Баланс гумуса представляет разницу между его образованием в процессе гумификации пожнивных, корневых остатков и вносимых органических удобрений и потерей в результате минерализации при возделывании - сельскохозяйственных культур, а также эрозии и дефляции почв. Его рассчитывают для прогнозирования изменения содержания гумуса в почвах и определения потребности в органических удобрениях.

Убыль (минерализацию) почвенного гумуса определяют по расходу органически связанного азота на формирование урожая сельскохозяйственных культур. В среднем в гумусе содержится 5% азота. Следовательно, на каждый килограмм азота основной и дополнительной продукции урожая почва теряет 20 кг гумуса, для образования которого требуется 200-300 кг органического вещества. Установлено, что 50% отчуждаемого азота растения получают за счет гумуса почв. Бобовые культуры не только выносят азот с урожаем, но и способствуют его накоплению в почве из атмосферы. Потребность в органических удобрениях рассчитывают исходя из содержания в навозе азота. В 1 т обычного подстилочного навоза с влажностью до 75% содержится 4-5 кг азота или 40-50 кг гумуса.

 

 

1 РАСЧЕТ  БАЛАНСА ГУМУСА В ПОЧВЕ

1.1 Исходные данные.

 

а) Севооборот: пар, яровая пшеница, яровая пшеница, ячмень.

б) Площадь земельных  угодий:

- общая земельная площадь  – 2500 га;

- сельхозугодий –  2325 га;

- пашни – 1395 га, в  т.ч. поле 1 – 350 га, поле 2 – 360 га, поле 3 – 360 га, поле 4 – 325 га.

в) Урожайность с/х  культур:

- яровая пшеница –  23 ц/га;

- ячмень – 24 ц/га.

г) Внесение удобрений:

- перепревший навоз  – 60 ц/га;

- аммиачная селитра – 1 ц/га.

д) Среднегодовое поголовье  животных:

- крупный рогатый скот  – 3600 условных голов;

- свиньи – 1200 усл. гол.;

- овцы – 600 усл. гол.;

- лошади – 110 гол.;

- птица – 6000 усл.  гол.

е) Механический состав почвы: средний суглинок.

Задание: Рассчитать баланс гумуса в почве, потребность в  удобрениях, определить источники их покрытия.

1.2 Расчет баланса гумуса.

 

Расчет баланса гумуса в почвах при проектировании севооборотов определяют по количеству азота, выносимого из почвы с урожаем и возвращаемого почве корневыми и поверхностными растительными остатками, с органическими и минеральными удобрениями, а также в процессе его фиксации бобовыми растениями из воздуха.

Поступление азота в  почву с атмосферными осадками и  в процессе несимбиотической фиксации его микроорганизмами незначительны. Они компенсируются потерями в процессе фильтрации грунтовых вод и денитрификации и по этому в проектах внутрихозяйственного землеустройства их не учитывают.

Потери гумуса в результате эрозии и дефляции почвы зависят  от степени развития этих процессов и носят локальный характер. Поэтому расчет этих потерь обычно производят при разработке комплекса противоэрозионных мероприятий. В общем, виде баланс гумуса в почве  (Б, ц/га) можно выразить такой формулой:

Б= П-Р    (1.1),

где П - приходная часть гумуса, ц/га;

       Р - расходная часть гумуса, ц/га.

Исследованиями установлено, что разные части растений содержат неодинаковое количество азота. Поэтому для определения массы всего выносимого из почвы азота с урожаем каждой культуры, прежде всего, определяют структуру биологической массы урожая: основной и побочной продукции, поверхностных растительных остатков и корней. Выход отдельных частей биологической массы определяют по отношению к урожайности основной продукции на основе данных зональных научно-исследовательских учреждений или по уравнениям регрессии.

Так, при урожае пшеницы яровой 23 ц/га будет получено [таблица 2 /1/]:

- побочной продукции (солома и полова) 0,5 х 23 ц/га + 19,8 = 31,3 ц/га,

- поверхностных растительных остатков: 0,2 х 23 ц/га + 5,4 = 10 ц/га,

- корней: 0,8 х 23 ц/гв + 6,0= 24,4 ц/га.

При урожае ячменя 24 ц/га будет получено:

- побочной продукции (солома и полова) 0,9 х 24 ц/га + 7,2 = 28,8 ц/га,

- поверхностных растительных остатков: 0,1 х 24 ц/га + 7,6 = 10 ц/га,

- корней: 0,4 х 24 ц/гв + 15,4= 25 ц/га.

По содержанию азота  в каждой отдельной части биологической  массы урожая определяют общий вынос  азота из почвы с урожаем. Содержание азота в частях биомассы принимают по данным зональных научно – исследовательских учреждений или по справочным данным [таблица 3 /1/].

Так, содержание азота  в отдельных частях яровой пшеницы  характеризуется следующими данными (в %): зерно - 3,40, солома - 0,67, поверхностные остатки - 0,65, корни - 0,80. Следовательно, на формирование урожая 23 ц/га яровая пшеница получит из почвы азота:

на основную продукцию 23 ц/га х 3,40 : 100=0,78 ц/га;

на побочную продукцию 31,3 ц/га х 0,67 : 100=0,21 ц/га;

на поверхностные остатки 10 ц/га х 0,65 : 100=0,07 ц/га;

на корни 24,4 ц/га х 0,80 : 100=0,2 ц/га.

Всего: 1,26 ц/га.

Аналогично определяют содержание азота в фитомассе ячменя. Содержание азота в отдельных частях ячменя характеризуется следующими данными (в %): зерно - 2,1, солома - 0,5, поверхностные остатки - 0,5, корни – 1,2. Следовательно, на формирование урожая 24 ц/га ячмень получит из почвы азота:

на основную продукцию 24 ц/га х 2,1 : 100=0,5 ц/га;

на побочную продукцию 28,8 ц/га х 0,5 : 100=0,14 ц/га;

на поверхностные остатки 10 ц/га х 0,5 : 100=0,05 ц/га;

на корни 25 ц/га х 1,2 : 100=0,3 ц/га.

Всего: 0,99 ц/га.

 

Коэффициент гумификации К₁ растительных остатков зерновых культур - 0,18.

Коэффициент гумификации подстилочного навоза – 0,08.

Коэффициенты  усвоения азота минеральных удобрений  растениями К₂ зависят от многих факторов (зоны расположения хозяйства, почвы, возделываемой культуры, системы земледелия и т.д.) и колеблется в широких пределах. Ориентировочно их значения можно принять равными: для зерновых культур 0,33.

Коэффициент использования  растениями азота органических удобрений К₃ ориентировочно составляет 0,25.

Поправочный коэффициент К_п для среднесуглинистых почв – 1,0.

Поправочный коэффициент К_т для зерновых – 1,2.

Все исходные и расчетные данные заносим в таблицу 1.1.

Расчеты показывают, что дефицит гумуса для данного севооборота составляет 11832,7 ц или 1183,27 тонн.

1.3 Расчет потребности хозяйства  в органических удобрениях для компенсации потерь гумуса.

 

На основе баланса гумуса в почве, откорректированного с учетом плана внесения минеральных удобрений, определяют потребность хозяйства в органических удобрениях по севооборотам и источники ее покрытия.

Потребность в органических удобрениях по полям можно рассчитать по формуле:

Т =

          (1.2)

где Т - необходимое количество органического вещества для компенсации потерь гумуса в поле севооборота, ц;

S - площадь поля севооборота, га;

Б - баланс гумуса в поле севооборота, ±ц/га;

К_г - коэффициент гумификации вносимого органического вещества (для навоза – 0,08).

Потребность в органических удобрениях на всю площадь севооборота (М) можно определить по формуле:    (1.3)

где Si, S₂, S_n - площадь полей севооборота, га;

Б₁ Б₂, Б₃ - баланс гумуса в соответствующих полях севооборота, ц/га.

Потребность в органических удобрениях на всю площадь хозяйства (Q) равна:  Q=Mi+M₂+...M_n                (1.4)

Так, например, в данной работе установлено, что дефицит гумуса составляет 11832,7 ц. При коэффициенте гумификации подстилочного навоза 0,08 его необходимо внести всего 14791 т. Для этого достаточно иметь 14791/8т = 1849 голов крупно рогатого скота. Так как хозяйство имеет КРС – 3600 голов, то запаса навоза для компенсации дефицита гумуса вполне достаточно.