Отдел агрохимии и экологии

Заведующий отделом – д. с.-х. наук Окорков Владимир Васильевич.

Сотрудники отдела агрохимии и экологии

Расширение работ по селекции зерновых культур, необходимость контроля и регулирования условий питания полевых культур вызвали потребность создания агрохимической лаборатории в составе отдела земледелия (зав. отделом Н.З. Лайков). Н.З. Лайковым в 1946 году была создана лаборатория агрохимии и почвоведения. С 1959 года она функционирует на правах научного отдела во главе с Н.З. Лайковым. Руководителем лаборатории до 1973 года являлась Татьяна Владимировна Тюлина. 20 лет – с 1973 по 1993 гг. – возглавлял лабораторию кандидат с.-х. наук Григорьев Александр Арсентьевич. В 1993-1994 гг. она входила в состав Биотехнологического центра, руководителем которого был проф. Бондаренко Алексей Фомич. В 1994 году лаборатория агрохимии и почвоведения была реорганизована в отдел агрохимии и экологии во главе с доктором с.-х. наук Окорковым В.В. В отдел входило 3 лаборатории:

— агрохимии, зав. кандидат химических наук Винокуров Игорь Юрьевич;

— физико-химических исследований, зав. доктор с.-х. наук Окорков В.В.;

— тяжелых металлов и микроэлементов, зав. кандидат биологических наук Карпова Дина Вячеславовна.

В 1996 году лаборатория агрохимии была преобразована в самостоятельное подразделение: лабораторию эколого-агротехнологических проблем освоения адаптивно-ландшафтных систем во главе с к. х. наук Винокуровым И.Ю. В 2002 году в связи с новым местом работы Карповой Д.В. сотрудники научных подразделений были объединены в отдел агрохимии и экологии.

До организации отдела агрохимии экологии в отделе агрохимии и почвоведения исследования велись по различным направлениям. Активно изучались эффективность доз, сроков и способов внесения удобрений под различные полевые и кормовые культуры, их сочетания с системами обработки, влияние технологий возделывания культур на изменение физико-химических свойств почвы.

В 1969 году Аркадьевой Марией Федоровной был заложен в 3-х закладках длительный полевой опыт по изучению влияния минеральных, органических и органоминеральных удобрений, роли различных элементов питания и известкования на продуктивность 7- польного севооборота.

В опыте изучено влияние систем удобрения на качество продукции, динамику агрохимических и физико-химических свойств серой лесной среднесуглинистой почвы. Была создана нормативная база по роли видов удобрений, их доз в повышении продуктивности возделываемых культур и плодородия серых лесных почв Ополья. На основании этих опытов обосновывалась система удобрения в опытном хозяйстве и сельскохозяйственных предприятиях опольной зоны, располагающихся на площади 220 тыс.га.

Особую важность для теории и практики земледелия на землях Владимирского ополья представляли исследования, проводившиеся в 1982-1990 гг. заместителем директора по научной работе, кандидатом сельскохозяйственных наук А.А. Григорьевым, по влиянию доз извести, минеральных удобрений и их сочетаний на физико-химические свойства серых лесных почв и их продуктивность. На основе результатов этих исследований, данных опытов ученых в различных зонах страны разработаны теоретические основы химической мелиорации кислых почв, поддерживающие дозы внесения извести при различных уровнях интенсификации производства сельскохозяйственной продукции (В.В. Окорков «Поглощающий комплекс и механизм известкования кислых почв», Владимир, 2004 .- 181 с.).

Это направление исследований, связанное с расчетом доз внесения химических мелиорантов, разработкой механизма взаимодействия их с поглощающим комплексом кислых почв, продолжается в отделе и в настоящее время. В частности, установлено, что для повышения продуктивности кислых почв, окупаемости применяемых удобрений важно улучшать физико-химические свойства не только пахотного слоя, но и подпахотных горизонтов. Это увеличивает мощность корнеобитаемого слоя кислых почв для культурных растений, т.е. увеличивает размеры использования ими запасов почвенной влаги и стабилизирует урожай сельскохозяйственных культур на более высоком уровне и в засушливые годы.

Выявлен механизм взаимодействия извести с поглощающим комплексом (ПК) кислых почв. Он связан с гидролизом ионов СО32- с образованием ионов ОН, НСО3 и Н2СО3. Образовавшиеся ионы ОН взаимодействуют с ионами Н+ и обменного алюминия с образованием малодиссоциированного (Н2О) и малорастворимого [Al(OH)3] соединений. Места связанных ионов Н+ и Al3+ в обменном комплексе занимают ионы кальция.

Для целей мелиорации кислых почв изучается и механизм взаимодействия гипса с ПК. Установлено, что коэффициент использования гипса на вытеснение из ПК ионов водорода в 4-5 раз ниже, чем эквивалентной дозы извести. Впервые экспериментально обосновано, что на среднесуглинистых кислых почвах одним из путей улучшения свойств подпахотных горизонтов с высокой кислотностью – сочетание известковых материалов, эквивалентных 1…1,5 величине гидролитической кислотности, с гипсом (0,5 НГ). В этом случае высокая концентрация 2-х валентных катионов Са и Mg, обусловленная растворением гипса, в жидкой фазе подпахотных горизонтов обеспечивала динамическое равновесие ее с поглощенными катионами, расположенными как на поверхности агрегатов, так и внутри них. В случае применения только доломитовой муки из-за низкой концентрации перемещающейся вниз жидкой фазы оно устанавливалось лишь с поглощенными катионами, находящимися на поверхности почвенных агрегатов. Эта тема исследований № 0617-2014-0005 «Разработать основы взаимодействия известьсодержащих мелиорантов и гипса с поглощающим комплексом кислых почв Верхневолжья» продолжается в настоящее время при вхождении института в ФАНО.

С 1988 по 1996 гг. в лаборатории агрохимии и почвоведения и отделе агрохимии и экологии успешно велись исследования по ускоренному повышению плодородия серых лесных почв Ополья за счет применения органических и минеральных удобрений, возделывания сидератов в пару, пожнивной сидерации и утилизации соломы зерновых культур (кандидаты с.-х. наук Н.А. Батяхина и О.С. Чернов). В краткосрочных опытах изучалась отзывчивость основных полевых культур на применение минеральных удобрений в зависимости от строения ландшафта, условий гидроморфизма и развития вводно-эрозионных процессов, экспозиции, протяженности, крутизны и формы склонов.

В 1991-1993 гг. А.А. Григорьевым был заложен полевой стационарный опыт по разработке экологически безопасных систем удобрения на серых лесных почвах Владимирского ополья. В связи с образованием отдела агрохимии и экологии с 1994 года ответственным исполнителем и руководителем этой темы стал доктор с.-х. наук Окорков В.В.

Старший научный сотрудник, к. с/х наук Фенова Оксана Анатольевна

В 8-польном севообороте, развернутом во времени и пространстве в 3-х полях, изучалось влияние систем удобрения на продуктивность возделываемых культур, качество продукции, экологическое состояние и плодородие серых лесных почв. Стационар входит в Географическую сеть опытов ФГБНУ «Всероссийский НИИ агрохимии имени Д.Н. Прянишникова». С 2000 года к исследованиям на этом опытном стационаре активно подключилась Фенова Оксана Анатольевна сначала в качестве младшего, а затем и научного сотрудника отдела. В 2011 году ею была успешно защищена кандидатская диссертация на тему «Эффективность органических и минеральных удобрений в севообороте на серых лесных почвах Владимирского ополья».

Исследованиями установлено, что серые лесные почвы в отличие от окружающих почв подзолистого типа характеризуются не только благоприятными агрохимическими свойствами пахотного слоя, но и физико-химическими и химическими свойствами подпахотных горизонтов, позволяющими возделываемым культурам использовать из них влагу и элементы питания. Из слоя почвы 40-100 см может поглощаться до 60-75 мм накопленной влаги, а в отдельные годы до 98 мм. В засушливые годы это позволяет стабилизировать урожайность возделываемых культур, повышать окупаемость применяемых удобрений.

Выявлена определяющая роль применения азотных удобрений на урожайность полевых культур. При их применении формируются более высокие запасы нитратного азота в слое почвы 0-40 см в ранние фазы роста и развития возделываемых культур. Это обеспечивает более высокую степень кущения зерновых культур, закладку ими большего числа репродуктивных органов в колосе, в конечном счете — более высокую урожайность. На удобренных полным минеральным удобрением полях в 1,5-2,0 раза уменьшается расход влаги на создание единицы продукции. Впервые введено понятие мобильный фонд (МФ) азота в почве. Он представляет сумму запасов нитратного и аммонийного азота в жидкой фазе почвы и на 50-80 % состоит из нитратного азота. Между урожаем культур, запасами нитратного азота и мобильным фондам азота выявлена весьма тесная степенная взаимосвязь. Разработана методика расчета МФ азота почвы.

На серых лесных почвах Ополья теоретически объяснена неравноценность нитратного и аммонийного (обменного) азота в питании полевых культур. Это связано с нахождением всего нитратного азота в жидкой фазе, а аммонийного – лишь находящегося в равновесии с поглощенными ионами аммония. Поведение аммонийного азота и обменного калия на серых лесных почвах подчиняются одним и тем же закономерностям ионного обмена.

Выявлены основные закономерности во влиянии удобрений на фосфатный и калийный режим серых лесных почв Ополья.

Результаты по эффективности удобрений на серых лесных почвах Владимирского ополья обобщены в 2-х монографиях (Окорков В.В. Удобрения, плодородие и урожай на серых лесных почвах Владимирского ополья. Суздаль: Владимирский НИИ сельского хозяйства, 2001. – 337 с.; Окорков В.В. Удобрения и плодородие серых лесных почв Владимирского ополья. – Владимир: ВООО ВОИ, 2006. – 356 с.) и ряде научно-практических рекомендаций (2005 и 2010 гг.).

Разработанная система удобрения (N40-50Р40-50К45-60 ежегодно с одноразовым внесением в занятом пару 40-60 т/га навоза) обеспечивает получение 40-45 ц з.е. с 1 га севооборотной площади и окупаемость 1 кг д.в. NРК 5,9-6,9 кг з.е. (Окорков В.В., Ненайденко Г.Н., Фенова О.А., Окоркова Л.А., 2010).

В настоящее время исследования в этом длительном стационарном опыте ведутся по теме № 0617-2014-0002 «Разработать приемы комплексного использования средств химизации в агротехнологиях различной интенсивности Владимирской области». Ответственным исполнителем темы является кандидат с.-х. наук Фенова Оксана Анатольевна.

Старший научный сотрудник Окоркова Людмила Алексеевна

В отделе старшим научным сотрудником Окорковой Людмилой Алексеевной, которая выполняет наиболее сложные анализы и осуществляет руководство аналитической работой в отделе, проведены исследования по влиянию систем удобрения на гумусовое состояние серых лесных почв. По сравнению с фоном известкования и контроля в 1-й ротации 8-польного севооборота стационарного опыта 1 т подстилочного навоза и 1 кг азота минеральных удобрений повышали содержание гумуса в почве соответственно на 55 и 9,8 кг/га. Во 2-й и 3-й ротациях 8- и 7-польных севооборотов прирост гумуса за счет органических и минеральных удобрений снижался в 2-3 раза. При применении фосфорно-калийных удобрений и без удобрения почвы в пахотном слое содержание гумуса снижалось в 1-й ротации на 0,02 % в год, во 2-й и 3-й на 0,011 %.

Выявлено также, что систематическое применение навоза и полного минерального удобрения улучшают и качество гумуса, повышая отношение гуминовых кислот к фульвокислотам. При внесении минеральных туков это происходит за счет более высокого участия азота их в питании культур и снижения роли гуминовых кислот в этом процессе.

Исследования выявили слабое влияние систем удобрения на относительное содержание лабильного и подвижного гумуса (% от общего содержания гумуса), а также извлекаемого горячей водой (метод Шульца). В то же время они влияли на содержание общего гумуса. В силу этого абсолютное содержание указанных подвижных и лабильных форм гумуса (% от массы почвы) возрастало как от применения навоза, так и полного минерального удобрения. В итоге установлено, что наиболее тесно эффективное плодородие серых лесных почв (урожай зерна ячменя в конце 2-й ротации) коррелировало с запасами нитратного азота в слое почвы 0-40 см в период всходов культур и содержанием С гумуса (% от массы почвы), извлекаемого 0,1 Н NаОН. Коэффициенты корреляции для линейной зависимости урожая ячменя с углеродом гумуса (% от массы почвы), извлекаемого пирофосфатной вытяжкой и горячей водой, существенно ниже и составили 0,590 и 0,514, а для степенной взаимосвязи – 0,600 и 0,517.

Учитывая простоту определения содержания нитратов с помощью ионоселективного нитратного электрода, рекомендуется оценивать эффективное плодородие серых лесных почв Ополья по запасам нитратного азота в слое почвы 0-40 см в период всходов возделываемых культур. В этом случае определяется и необходимость проведения азотных подкормок.

В 2015-2017 гг. зав. отделом агрохимии и экологии и с.н.с. Окоркова Л.А. продолжают исследования по теме № 0617-2014-0011 «Разработать систему оценки современных трендов развития почвенных процессов в ландшафтах на основе изучения направленности процессов в природных и антропогенно преобразованных почвах Владимирского ополья».

С 2006 года старшим научным сотрудником Окорковой Л.А. проводились исследования по совершенствованию технологии использования местных органических удобрений в адаптивно-ландшафтном земледелии. В опытах с навозом КРС и различными дозами куриного помета и минеральных удобрений, с сочетанием минеральных удобрений и куриного помета было изучено влияние систем удобрений на элементы плодородия серой лесной почвы, продуктивность возделываемых культур и качество продукции, коэффициенты использования элементов питания. Выявлена линейная зависимость между балансовым коэффициентом использования азота и дозами его внесения для вариантов полного минерального удобрения (одинарная и двойная дозы) и сочетания его (одинарная доза) с куриным пометом. Для органической системы удобрения для 5 вариантов эта взаимосвязь описывается уже экспоненциальной зависимостью. При балансовых коэффициентах использования азота удобрений за севооборот около 100 % при органоминеральной системе достигается весьма высокая окупаемость удобрений прибавкой урожая (около 6-7 кг з.е. на 1 кг д.в.). Для минеральной и органоминеральной систем с участием азотных удобрений балансовые коэффициенты использования достоверно более высокие, чем для органической системы. Это связано с формированием более высокого МФ азота при полной минеральной и органоминеральной системах удобрения, чем при органической или смешанной (без применения азотных туков). А более высокий МФ азота в ранние фазы развития культур обеспечивает и более высокую урожайность полевых культур (за исключением бобовых) Сделан вывод о значительном повышении эффективности органических удобрений применением азотных туков в подкормку озимых или под культивацию яровых культур. Это обусловлено и тем, что накопленные с осени при разложении навоза нитраты весной с талыми водами передвигаются глубже 40 см и в ранний период вегетации и всходов будут позиционно малодоступны растениям и слабо влиять на элементы продуктивности культур. Применение азотных туков в ранний период обеспечит высокие запасы нитратного азота в почве и его МФ, тем самым и высокую прибавку урожая культур.

Установлено, что при использовании одних органических удобрений и сочетания их с калийными по сравнению с внесением NPK и сочетанием его с куриным пометом и навозом КРС происходит снижение окупаемости 1 кг питательных веществ в 1,4…3 раза.

Научный сотрудник Семин Игорь Валерьевич

Результаты исследований были обобщены в рекомендациях «Научно-практическое обоснование технологий экологически безопасного использования местных органических удобрений на серых лесных почвах Владимирского ополья» (Владимир-Иваново, 2010. — 92 с.). Продолжает исследования по повышению эффективности органических удобрений на почвах Ополья научный сотрудник отдела агрохимии и экологии Семин Игорь Валерьевич. Он является ответственным исполнителем темы № 0617-2014-0003 «Усовершенствовать основы повышения использования растениями элементов питания из органических и минеральных удобрений в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур различной интенсификации на почвах Владимирского ополья».

Совместно с научными подразделениями института в отделе ведутся работы по «Разработке экологически безопасных технологий возделывания и уборки зерновых культур на серых лесных почвах Верхневолжья», № темы 0617-2014-0004.

На основе обобщения полевых и лабораторных исследований, достижений научно-исследовательских учреждений и ВУЗов страны, практики освоения систем земледелия на ландшафтной основе в отделе разрабатывается теория и практика ландшафтной агрохимии.

Зав. отделом Окорков В.В.