Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по сельскому хозяйству
На правах рукописи
УДК 631.95:631.58:631.5(470.53)
КОСОЛАПОВА
Антонина Ильинична
АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ УСТОЙЧИВОСТИ
АГРОЭКОСИСТЕМЫ В ПРЕДУРАЛЬЕ
06.01.01 - общее земледелие
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
доктора сельскохозяйственных наук
Пермь Ц 2007
Работа выполнена в Пермском НИИ сельского хозяйства
Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук
Иванов Д.А.
Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Холзаков В.М.
Доктор сельскохозяйственных наук, профессор Платунов А.А.
Доктор сельскохозяйственных наук Зезин Н.Н.
Ведущая организация: Удмуртский научно-исследовательский институт сельского
хозяйства
Защита диссертации состоится 25 октября 2007 года в 10 часов на заседании диссертационного Совета ДМ 220.054.02 в Пермской государственной сельскохозяйственной академии им. Д.Н.Прянишникова по адресу: 614990, ГСП-165, г. Пермь, ул. Коммунистическая, д. 23.
Е - mail pgsha@permregion.ru
Fax: (8-342) 212-53-94
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермской государственной сельскохозяйственной академии
Автореферат разослан л 20 сентября 2007 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
кандидат сельскохозяйственных наук,
доцент ___________________ Л.А.Михайлова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Ведение земледелия в Предуралье осложнено неблагоприятными агроклиматическими ресурсами, вертикальной и горизонтальной пестротой почвенного покрова с преобладанием дерново-подзолистых почв, имеющих низкий уровень естественного плодородия. Более 50% площади пашни в Пермском крае имеют кислую и очень кислую реакцию среды, 27% - остродефицитный баланс гумуса, 27% - очень низкую обеспеченность подвижным фосфором, 13% - слабо обеспечены обменным калием. Кроме того, более 70% сельскохозяйственных земель подвержены водной эрозии.
Несмотря на освоение зональных научно обоснованных систем земледелия, проведение мероприятий по сохранению плодородия почв, не удалось приостановить их деградацию, сокращение сельскохозяйственных угодий, снижение продуктивности пашни и других неблагоприятных факторов в землепользовании.
За последние 20 лет в Пермском крае площадь пашни сократилась на 526 тыс. гектаров. По данным Агрохимического центра Пермский наметилась устойчивая тенденция к снижению плодородия почв: увеличилась территория с повышенной кислотностью сельхозугодий и остродефицитным балансом гумуса.
Все это указывает на экологическую несбалансированность возделывания сельскохозяйственных культур при применении традиционных систем земледелия, а сложившаяся экологическая обстановка вызывает необходимость пересмотра принципиальных положений в землепользовании и изучения взаимосвязей в агроэкосистемах, обеспечивающих устойчивое функционирование агроландшафтов.
Комплексное изучение влияния агроэкологических факторов на формирование агрофитоценозов приобретает все большую актуальность, имеет научное и практическое значение для разработки адаптивных систем земледелия нового поколения на ландшафтной основе.
Диссертационная работа выполнена в период с 1980-2006 гг. в соответствии с тематическим планом НИОКР в Государственном учреждении Пермский НИИСХ.
Цель исследований - изучить закономерности формирования устойчивых агроэкосистем и выявить приемы рационального использования ландшафтов Предуралья.
В задачи исследований входило:
- разработать экологические аспекты ландшафтного районирования территории Пермского края;
- изучить адаптивные реакции сельскохозяйственных культур на технологии, обеспечивающие устойчивое развитие агроландшафтов;
- определить влияние ландшафтных условий на биопродуктивность сельскохозяйственных культур в зависимости от условий их возделывания;
- установить влияние севооборотов в зависимости от насыщения бобовыми культурами, поступления пожнивно-корневых остатков на агрохимические показатели, гумусное состояние, биологическую активность почвы и продуктивность пашни;
- изучить влияние систем обработки почвы на агрофизические свойства, засоренность посевов и продуктивность полевого севооборота в зависимости от ландшафтных условий;
- установить влияние систем обработки почвы на биологическую активность и минерализацию органического вещества;
- определить агроэкологические параметры создания устойчивой агроэкосистемы.
Научная новизна исследований.
- Впервые в условиях Предуралья проведены комплексные исследования по изучению особенностей формирования устойчивых агроэкосистем.
- Изучение влияния технологических приемов на адаптивные реакции растений и устойчивое функционирование агроландшафтов было проведено на базе длительных стационарных опытов в двух агроэкологических разделах.
- Теоретически обоснованы и практически подтверждены в производственных условиях концептуально-агроэкологические аспекты создания устойчивого развития агроэкосистем.
- Впервые выявлена зависимость продукционного процесса растений от ландшафтных условий.
- Установлены причинные связи деградационных процессов почвы (структуры биологической активности, режима органического вещества, переуплотнение почвы) и технологических приемов выращивания сельскохозяйственных культур.
Теоретическая и практическая значимость работы. Разработаны принципы ландшафтного районирования территории и формирования адаптивно-ландшафтной системы земледелия в условиях Пермского края, научно обоснованные приемы возделывания сельскохозяйственных культур, обеспечивающие устойчивость агроэкосистем.
Результаты исследований предлагается использовать при разработке адаптивно-ландшафтных систем земледелия для ландшафтов Пермского края и территорий, близких по геохимическим и почвенно-климатическим условиям.
Данные агрохимических, агрофизических, биологических показателей почвы и качества сельскохозяйственной продукции позволят выработать правильную стратегию специалистов департамента АПК и продовольствия Пермского края.
Результаты исследований, полученные в длительных опытах, могут быть использованы при разработке нормативных документов, программ развития агропромышленного комплекса Пермского края, Удмуртской республики, Свердловской области.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Агроэкологические параметры районирования ландшафтной территории моренно-эрозионной равнины.
2. Адаптивные реакции зерновых культур, клевера лугового на ланшафтные условия моренно-эрозионной равнины.
3. Зависимость почвенных процессов от влияния технологических приемов (севообороты, обработка почвы, внесение органических и минеральных удобрений) возделывания сельскохозяйственных культур.
4. Динамика режима органического вещества дерново-подзолистой почвы в зависимости от технологических приемов возделывания сельскохозяйственных культур в условиях моренно-эрозионной равнины.
5. Теоретические принципы формирования устойчивых агроэкосистем.
6. Влияние технологических приемов на особенности формирования продуктивности сельскохозяйственных культур в различных ландшафтах моренно-эрозионной равнины.
Реализация результатов исследований. Материалы исследований использованы при подготовке рекомендаций: Организационно-агротехнические особенности проведения полевых работ в агропромышленном комплексе Пермской области в 1998 году. Пермь. 1998. - с. 59; Справочная книга по производству и применению органических удобрений. Владимир. 2000. - 496 с.; Система удобрений в полевом севообороте с использованием осадка сточных вод. Пермь. 2001. - с. 5; Система комплексного использования органических удобрений, обеспечивающая бездефицитный баланс гумуса. Пермь. 2001. - с. 6; Технология возделывания озимой пшеницы. Пермь. 2005. - с. 26; Энергосберегающая почвозащитная система обработки почвы в полевом севообороте для условий адаптивно-ландшафтного земледелия. Пермь. 2005. - с. 24; Методы воспроизводства почвенного плодородия, регулирования содержания и состава органического вещества. Пермь. 2006. - с. 9; Типовые модели систем адаптивно-ландшафтного земледелия для агроландшафтных условий Пермского края, обеспечивающие повышение продуктивности земель на 10-15% и охрану окружающей среды. Пермь. 2006. - с. 38.
Полученные результаты исследований в виде технологий или отдельных элементов в течение последних 10 лет внедрены в хозяйствах Пермского края.
Экспериментальные материалы были использованы при проведении агрономических областных совещаний.
Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертации изложены на научных конференциях:
- Международные конференции, совещания: Москва, 2000, 2005, 2006; Владимир, 2002, 2004; Киров, 2005.
- Всероссийские научно-практические конференции: Пермь, 2004; 2005; Киров, 2003; Санкт-Петербург, 2005.
- Межрегиональные, региональные конференции, координационные Советы: Владимир, 2001; Челябинск, 1993; Екатеринбург, 2005; 2006; Киров, 2000, 2001; 2006; Пермь, 1988, 2000, 2004; 2006.
Ежегодные областные и районные семинары с демонстрацией результатов полевых опытов.
Внедрение результатов исследований. Результаты исследований прошли производственную проверку в ОПХ Лобановское и были использованы при разработке систем земледелия в хозяйствах Еловского, Кунгурского, Осинского и Пермского районов.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 38 работ, в т.ч. 4 рекомендации, 5 статей в центральных журналах, 7 в научных трудах НИУ.
Объем и структура диссертации. Работа изложена на 340 страницах машинописного текста, состоит из введения, 6 глав, заключения, выводов и предложений производству. Экспериментальный материал приведен в 60 таблицах, 20 рисунках и 121 приложении. Список литературы включает 680 источников, 65 из них зарубежных.
Организация проведения исследований. Автор выражает искреннюю признательность за ценные советы и оказанную помощь при работе над диссертацией научному консультанту д.с.-х.н. Иванову Д.А ; д.с.-.х.н., профессору Поповой С.И., научным сотрудникам отдела земледелия и агрохимии Митрофановой Е.М., Сосниной И.Д., Ямалтдиновой В.Р., Завьяловой Н.Е., техникам Сафрошкиной А.А., Косолаповой Н.Н., Гарцевой Е.Ф.
Глава 1. Теоретическое понятие устойчивости агроэкосистемы
в зависимости от биофизических, экономических условий
андшафтного земледелия
Вмешательство человека в природу в процессе землепользования приводит к нарушению веками установленного экологического равновесия, обусловленного взаимодействием законов природы (Полынов Б.Б., 1956; Преображенский В.С., 1966; Реймерс Н.Ф., 1990). Разрушая это равновесие, человек создает условия, при которых технический прогресс становится бесполезным, а общество к концу XX века оказалось на грани глобального кризиса (Анучин В.А., 1978; Gardner, 1990; Эбелинг В., 1979).
Деградационные процессы в экосистемах связаны с разрывом пищевых цепей, изменением структуры круговорота вещества и энергии. Принципиальное отличие агроэкосистем от естественных заключается в преимущественном выносе с урожаем питательных веществ, которые аккумулируются в выращенной продукции, что приводит к утрате внутрипочвенной энергии, элементов минерального питания, усилению процессов эрозии (Гиляров М.С., 1963; Извеков С.А., 1993; Милащенко Н.З. и др., 2000).
Обобщенное трактование устойчивости агроэкосистемы предполагает, что это - свойство системы сохранять и поддерживать значение своих параметров и структуры в пространстве, времени, качественный характер функционирования, несмотря на воздействующие на нее изменения (Преображенский В.С., 1966; Westman, 1978; Глазовская М.А., 1989; Арманд Д.Я., 1975; Свирежев Ю.М., Логофет Д.О., 1978; Чепурных Н.В., Новоселов А.Л., 1996).
Рациональное использование природных ресурсов, высокая продуктивность земель, получение экологически чистой продукции возможно при условии ландшафтного подхода к землепользованию, в основе которого лежит понятие агрокомплекса, как организованной совокупности адаптивно-ландшафтных систем земледелия (Каштанов А.Н., 2000; Кирюшин В.И., 2000; Ковалев Н.Г. и др., 1999; 2000; Лыков А.М., 1990; 1993; 1996).
Разработка научно обоснованных принципов адаптивно-ландшафтного земледелия для условий Предуралья и других регионов Нечерноземной зоны, характеризующихся близкими генетическими, морфологическими и почвенно-климатическими условиями, позволит восстановить механизмы саморегуляции и устойчивости современных агроэкосистем, а также повысить продуктивность сельскохозяйственных культур.
Глава 2. Почвенно-климатические, экономические условия
развития земледелия Предуралья
2.1 Почвенно-климатические условия Предуралья
Все пахотные земли Пермского края расположены в южно-таежной, среднетаежной и подтаежной ландшафтных зонах Предуралья, которые находятся на территории двух провинций - Вятско-Камской и Уфимско-Сылвенской.
Западная часть территории Пермского края является слабоприподнятой, сильно эродированной частью Русской равнины, восточная - состоит из предгорий и западных хребтов горной полосы Урала.
Почвенный покров Пермского края характеризуется пестротой, мелкоконтурностью, обусловленных влиянием рельефа, почвообразующих пород, уровня грунтовых вод, характера растительного покрова.
Основной земельный фонд составляют почвы подзолистого типа, занимающие 69.3% площади пашни и 64.8% от общей площади земель сельскохозяйственного назначения. В типе подзолистых почв резко доминируют дерново-подзолистые почвы. В юго-восточной части края встречаются серые лесные почвы и оподзоленные черноземы, площадь которых составляет 15.7%.
Отличительной особенностью климата Предуралья по сравнению с другими районами Нечерноземной зоны России является его континентальность. На большей части равнинной территории средняя температура самого холодного месяца января равна -15-160С, в Предгорной части вдоль Уральского хребта - 17-180С.
Зима в Предуралье холодная, продолжительная и многоснежная, высота снежного покрова достигает 50-80 см. Температура самого теплого месяца июля составляет +16 - +180С, продолжительность периода активной вегетации с температурами 100С и выше - 114-132 дня, безморозный период - 90-120 дней, сумма активных температур в северных районах, освоенных в сельскохозяйственном отношении - 1600-18000С, в южных - 1800-20000С. Осадков выпадает 400-600 мм в год, за вегетационный период - 300-340 мм. В целом климатические условия Предуралья благоприятны для возделывания зерновых культур, однолетних и многолетних трав, картофеля и корнеплодов.
2.2 Методика проведения исследований
Определение основных параметров агроэкосистем на макро- и мезоуровне проводили на основе обширного фондового материала, содержащего данные о продуктивности основных групп сельскохозяйственных растений и состоянии природной среды.
Выявление наиболее значимых факторов, влияющих на продукционный процесс основных групп сельскохозяйственных культур, осуществляли различными методами статистического анализа фондового материала по 124 землепользователям Пермского края, расположенным на его территории. Каждое хозяйство характеризовалось по 31 параметру, взятому из материалов института Пермгипрозем и литературных (Агроклиматические ресурсы Пермской области, 1979; Гаврилов К.А., 1983; Чазов Б.Н., 1961 и картографический Атлас Пермской обл., 2000; Топографическая карта, 1992) источников.
Весь массив данных делится на 5 блоков: гидроклиматический, оролитогенный, плодородия почв, биопродуктивности возделываемых сельскохозяйственных культур, организации угодий хозяйства.
Используя комплекс методик статистической обработки, массив данных подвергали корреляционному, регрессионному анализу.
Изучение отдельных факторов проводили в длительных стационарных и краткосрочных опытах.
Погодные условия в годы проведения опытов варьировали, но продолжительный период исследований позволил охватить все особенности климата от засушливых (1981, 1998, 2001) до переувлажненных (1984, 1993, 2000). Годы с избыточным увлажнением сопровождались низким температурным режимом воздуха, засушливые периоды - чаще приходились на первую половину вегетации растений.
Основные методы исследований - полевой и лабораторный эксперименты.
Для решения поставленных задач было проведено 6 полевых опытов, в т.ч. 5 - стационарных.
Стационарный опыт № 1 по сравнительной оценке различных систем обработки почвы проводили в зернотравяном севообороте (чистый пар - озимая рожь - яровая пшеница + клевер - клевер I г.п. - клевер II г.п. - ячмень - овес) на дерново-мелкоподзолистой почве на Центральном опытном поле в ОПХ Лобановское Пермского района (1984-2005 гг.), Коми-Пермяцком опытном поле - в колхозе Россия Кудымкарского района (1988-1995 гг.), на оподзоленном черноземе - в колхозе Заветы Ленина Ординского района (1988-1995 гг.). Цель опыта - выявить влияние различных систем обработки почвы на продуктивность культур полевого севооборота, изменение агрохимических и агрофизических свойств почвы. Схема опыта: 1) Общепринятая система обработки почвы (ежегодная отвальная вспашка на 20-22 см) - контроль; 2) Глубокая (вспашка 2-х ярусным плугом на 28-30 см в паровом поле и после клевера, в остальных полях - отвальная вспашка на 20-22 см); 3) Плужно-плоскорезная (отвальная вспашка на 20-22 см в паровом поле и после клевера 2 г.п., в остальных полях - плоскорезная на 28-30 см; 4) Плужно-поверхностная (отвальная вспашка 2-х ярусным плугом на 28-30 см в пару и после клевера 1 г.п., в остальных полях - 2-х кратное дискование на 10-12 см; 5) Чизельно-поверхностная (чизельная обработка на 28-30 см в паровом поле и после клевера 2 г.п., в остальных полях - 2-х кратное дискование на 10-12 см; 6) Плужно-фрезерная (отвальная вспашка на 20-22 см в пару и после клевера 2 г.п., в остальных полях - фрезерование на 10-12 см). На оподзоленном черноземе схема опыта: 1) Общепринятая (ежегодная отвальная вспашка на 20-22 см); 2) Чизельная обработка на 28-30 см; 3) Плоскорезная обработка на 28-30 см; 4) Комбинированная (чизельная на 28-30 см в паровом поле и после клевера 2 г.п., в остальных полях 2-х кратное дискование на 10-12 см); 5) Поверхностная обработка (2-х кратное дискование на 8-10 см).
Стационарный опыт № 2 проводился в 1985-1992 гг. на дерново-мелкоподзолистой среднесмытой почве на Центральном опытном поле. Цель опыта - определить интенсивность эрозионных процессов в зависимости от типа севооборота. Схема опыта: 1) Двухпольный кормовой севооборот (яровой рапс - озимая рожь + всевная вико-овсяная смесь + яровой рапс); 2) Восьмипольный полевой севооборот (горохо-овсяный занятый пар - озимая рожь - овес + клевер - клевер I г.п. - клевер II г.п. - озимая рожь - ячмень - овес); 3) Восьмипольный полевой севооборот (горохо-овсяный занятый пар - озимая рожь - яровая пшеница _ клеверо-тимофеечная смесь - клеверо-тимофеечная смесь I г.п. - клеверо-тимофеечная смесь II г.п. Ц клеверо-тимофеечная смесь III г.п. - ячмень - овес; 4) Кормовой восьмипольный (горохо-овсяный занятый пар + кострецово-люцерновая смесь - кострецово-люцерновая смесь I - II - III - IV - V - VI - VII г.п.).
Стационарный опыт № 3 проводили в 1995-2005 гг. на Центральном опытном поле на дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почве. Цель опыта - провести агроэкологическую оценку полевых севооборотов по степени их влияния на продуктивность пашни и показатели плодородия почвы. Особое внимание уделялось биологическим факторам в севооборотах. Схема опыта: Фактор А - севооборот: типичный восьмипольный зерно-травяной севооборот с чистым паром; биологизированный восьмипольный зернотравяной севооборот с сидеральным паром. Фактор В - удобрения: 1) Контроль - без удобрений; 2) Минеральные удобрения - NPK 30, 60, 90 кг д.в./га; Навоз - 20, 40, 60 т/га; 4) Навоз - 20, 40, 60 т/га + NPK 30, 60, 90 кг д.в./га. Органические удобрения вносили в чистом и сидеральном пару, минеральные - под зерновые и силосные культуры. На клевере и клеверо-тимофеечной смеси изучали последействие.
В стационарном опыте № 4 исследования проводили в 1980-2003 гг. на Центральном опытном поле на дерново-мелкоподзолистой почве. Цель опыта - выявить влияние систем удобрения на продуктивность культур полевого севооборота и гумусное состояние дерново-мелкоподзолистой почвы. Схема опыта: 1) Без удобрений - контроль; 2) Навоз 10 т/га в год; 3) NPK экв. 10 т/га навоза; 4) NPK на 100% возмещение выноса; 5) Навоз 5 т/га + NPK экв. 5 т/га навоза; 6) Навоз 10 т/га + NPK экв. 10 т/га навоза. Исследования проводили в восьмипольном полевом парозернопропашном севообороте. Навоз вносили в паровом поле, минеральные - под зерновые культуры и картофель, на клевере изучали последействие.
Опыт № 5 (краткосрочный) проводили в 1992-1996 гг. на Центральном опытном поле на дерново-мелкоподзолистой почве. Цель опыта: изучить влияние приемов обработки почвы и ландшафтных условий на формирование продукционного процесса зерновых культур и картофеля. Схема опыта: Фактор А - обработка почвы: 1) Отвальная вспашка на 20-22 см; 2) Плоскорезная обработка на 28-30 см; 3) Чизельная - на 28-30 см; 4) Отвальная вспашка двухъярусным плугом на 28-30 см . Фактор В - типы ландшафтов: 1) Элювиальный; 2) Транзитный; 3) Аккумулятивный. Исследования проводили на трех зерновых культурах (яровой пшенице, ячмене, овсе) и картофеле. Повторность в опыте 4-х кратная, размещение делянок - последовательное. Минеральные удобрения N60P60K60 вносили фоном под предпосевную культивацию.
Все опыты проводятся в 2-3 закладках, размещение делянок систематическое и рендомизированное.
Опыты 1, 3-4 заложены на равнинных участках в пределах элювиально-аккумулятивного ландшафта, 2, 5 - в условиях эрозионного (транзитного).
Основные наблюдения и анализы в опытах проводили по общепринятым методикам.
В стационарных и краткосрочных опытах возделывали районированные в Пермском крае сорта сельскохозяйственных культур. Агротехника возделывания - рекомендованная для хозяйств края.
Глава 3. Агроэкологические аспекты ландшафтного районирования
территории Пермского края
Главным условием эффективного землепользования в системах земледелия нового поколения является научно обоснованная адаптация агрофитоценозов к агроландшафтным особенностям сельскохозяйственных земель.
Ключевым моментом создания адаптивно-ландшафтных систем земледелия является вопрос о их территориальных границах.
Для выделения различных уровней в пределах неоднородной по природным условиям территории используется метод типизации, базирующийся на принципах физико-географического и ландшафтного районирования (Ковалев Н.Г. и др., 1999, 2000) Предлагаемая типизация основана на положении о том, что агроландшафт - это антропогенно измененный аналог естественного природно-территориального комплекса (ПТК), границами которого являются природные рубежи, сложившиеся во время его формирования.
Среди иерархических уровней, приведенных в типизации, на макроуровне выделяется агроэкологический раздел (АР), территориально совпадающий с ландшафтно-сельскохозяйственной провинцией.
В Пермском крае выделено 9 агроэкологических разделов, в т.ч. пригодных для ведения сельского хозяйства - 5: Вятско-Камский средней тайги, Вятско-Камский южной тайги, Вятско-Камский подтаежный, Уфимско-Сылвенский южной тайги, Уфимско-Сылвенский подтаежный.
Анализ гидротермических условий АР показывает, что в связи с протяженностью территории Пермского края на 600 км с севера на юг поступление тепла является неравномерным (табл. 1). В Вятско-Камском АР средней тайги продолжительность периода со средней температурой выше 50 меньше на 18 дней по сравнению с Уфимско-Сылвенским подтаежным АР. Климат в выше перечисленных АР изменяется с умеренно-контитентального до континентального.
Таблица 1 - Гидротермические показатели агроэкологических
разделов Пермского края
| Показатели | Агроэкологические разделы | ||||
Вятско-Камский средней тайги | Вятско-Камский южной тайги | Вятско-Камский подтаеж-ный | Уфимско-Сылвенский южной тайги | Уфимско-Сылвенский подтаежный | |
Континентальность климата | 2.7 | 3.5 | 3.6 | 3.8 | 4.3 |
Период со средней t >50С, дн. | 137 | 148 | 150 | 152 | 155 |
Радиоционный баланс, R, КДж/см2 | 78.3 | 82.9 | 88.5 | 90.3 | 91.4 |
Осадки за год, мм | 520 | 485 | 490 | 475 | 480 |
ГТК по Селянинову | 1.5 | 1.4 | 1.3 | 1.4 | 1.2 |
По оценке увлажнения, разработанной С.А.Сапожниковой, Вятско-Камский АР средней тайги относится к переувлажненной зоне (ГТК 1.7-1.6), Вятско-Камский южной тайги и Уфимско-Сылвенский южной тайги - к влажной (ГТК 1.5-1.4), Вятско-Камский подтаежный и Уфимско-Сылвенский подтаежный - незначительно засушливой (ГТК 1.3 и ниже).
Особенности климатической обстановки определяют набор сельскохозяйственных культур в АР.
Условия увлажнения, почвообразующие породы, рельеф местности обусловили формирование разнообразных типов почв.
В Вятско-Камском АР средней тайги сформировались подзолистые почвы большей частью легкого гранулометрического состава, а также из-за переувлажнения территории и недостатка тепла распространены глеево-подзолистые почвы. В Вятско-Камском АР южной тайги, подтаежном, Уфимско-Сылвенском южной тайги и северо-западной части Уфимско-Сылвенского подтаежного АР в связи с лучшей дренированностью территории почвенный покров сравнительно однороден. Здесь распространены дерново-подзолистые почвы, которые занимают более 70% территории, пятнами встречаются дерново-карбонатные почвы, которые сформировались на известняках и других карбонатных породах. По гранулометрическому составу преобладают тяжелые глинистые и суглинистые почвы.
Условия произрастания культур в пределах макроединиц имеют большие различия, что позволяет выявить только самые общие принципы создания систем земледелия. В этой связи для разработки моделей адаптивно-ландшафтных систем земледелия требуется изучение адаптивных реакций на более низких иерархических уровнях типизации агрогеосистем.
Узловой единицей на мезоуровне является тип агроландшафтов, который характеризуется максимальной выраженностью вертикальных и горизонтальных взаимосвязей компонентов географической оболочки.
С учетом литогенных показателей в условиях Пермского края выделено 11 групп типов агроландшафтов. Эти территории объединены в основные репрезентативные типы агроландшафтов, пригодные для ведения сельского хозяйства: моренно-эрозионные равнины (опольные ландшафты), флювиогляциальные пески (полесские ландшафты) и пойменные ландшафты. Для них разработаны типовые модели адаптивно-ландшафтных систем земледелия.
Глава 4. Влияние ландшафтных условий на продуктивность
сельскохозяйственных культур
4.1 Адаптивные реакции сельскохозяйственных растений
на ландшафтные условия
В Пермском крае выращивание сельскохозяйственных культур сосредоточено главным образом в Вятско-Камском южной тайги, подтаежном, Уфимско-Сылвенском южной тайги, подтаежном АР.
В Вятско-Камском АР южной тайги на продукционный процесс яровых зерновых культур большое значение оказывает сумма эффективных температур и среднемесячная температура июля, так как здесь ограничивающим фактором является температурный режим и в меньшей степени на их урожайность влияет сумма осадков.
На формирование продуктивности озимой ржи в большей степени влияет переувлажненность и перепад высот. В микропонижениях на переувлажненной почве отмечена массовая гибель растений, связанная с выпреванием растений.
Наиболее сильное отрицательное влияние на формирование урожайности картофеля оказали континентальность климата и избыточное переувлажнение территории.
Уровень урожайности однолетних и многолетних трав в большей степени ограничивался переувлажнением почвы и перепадом высот, так как пересеченность местности обусловила интенсивность развития эрозионных процессов и заболачивание пониженных мест.
Из показателей плодородия почвы максимальное воздействие на уровень урожайности сельскохозяйственных культур оказала кислотность почвы, что свидетельствует о необходимости проведения известкования.
В Вятско-Камском подтаежном АР отмечена менее сильная зависимость формирования урожайности сельскохозяйственных культур от температурного режима летних месяцев за исключением гороха. Оптимальная среднесуточная температура июля для этой культуры составила +180С.
В пределах Уфимско-Сылвенского АР южной тайги на продукционный процесс сельскохозяйственных культур наиболее часто оказывают влияние агрохимические свойства почвы, площадь водных объектов в агроландшафтах, а также степень выравненности рельефа.
Фактором, максимально влияющим на продуктивность зерновых и зернобобовых культур в данном АР, является содержание фосфора в почве. Прямопропорциональная зависимость урожайности этих культур от содержания фосфора в почве (вес фактора 43.5-62.1%) свидетельствует о явном дефиците этого элемента и большой актуальности фосфоритования почв в данном регионе.
Картофель наиболее чувствителен к срокам поспевания почв (вес фактора 22.5%) и степени пересеченности рельефа. В хозяйствах с господством плоских поверхностей, где почвы поспевают к началу мая, можно ожидать увеличения продуктивности этой культуры более, чем на 50%. Оптимальные условия для роста и развития картофеля складываются в тех агроландшафтах, где площадь крутых склонов достигает 9%. В геосистемах, где их доля меньше этого значения, посевы картофеля страдают от заболоченности, а где выше - от эрозионных процессов или недостатка влаги. Получение высоких урожаев картофеля зависит также и от гранулометрического состава почвы.
Максимальное воздействие на урожайность однолетних и многолетних трав оказывает степень пересеченности рельефа агроландшафтов, так как на эти культуры негативно влияют эрозионные процессы, о чем свидетельствует обратно пропорциональная зависимость от площади водотоков в агрогеосистеме (вес фактора 20 и 41%).
Аналогичные адаптивные реакции сельскохозяйственных культур к ландшафтным условиям выявлены и в Уфимско-Сылвенском подтаежном АР. Для получения стабильных урожаев сельскохозяйственных культур в этом АР необходимо повышать содержание фосфора в почве и предусмотреть противоэрозионные мероприятия.
Выделенные АР состоят из трех типов ландшафтов, из которых наиболее распространен опольный. Продукционный процесс в этом типе ландшафта зависит от теплообеспеченности территории, пересеченности местности и агрохимических показателей почвы: кислотности, содержания органического вещества, фосфора.
4.2 Влияние агромикроландшафтов на продукционный процесс
сельскохозяйственных культур
Геохимическая соподчиненность ландшафтов проявилась на показателях почвенного поглощающего комплекса и подвижных элементов питания (таблица 2). Так, наблюдения за агрохимическими показателями почвы показали, что происходит накопление суммы обменных оснований при движении вниз по катене. Она достигает максимальных значений в межхолмной депрессии (аккумулятивном ландшафте), что связано с аккумуляцией оснований из латерного тока. Вниз по склону в направлении межхолмной депрессии наблюдается накопление подвижного фосфора, калия и минерального азота.
Наименьшее содержание этих элементов отмечено в транзитном ландшафте, что связано со смывом их талыми водами в период снеготаяния и ливневыми осадками во время дождей, выпадающих в течение вегетации. Сдерживают этот процесс безотвальные почвозащитные обработки почвы и рыхление подпахотного слоя, повышающие ее водопроницаемость и обеспечивающие накопление агрономически ценной фракции.
На всех формах ландшафта преобладает N-NH4, т.к. нитратная форма с естественным стоком выносится в нижележащие слои и, в отличие от ионов аммония, не образует каких-либо трудно растворимых солей, а также не поглощается отрицательно заряженными коллоидами.
Содержание легкогидролизуемого азота тесно коррелирует с содержанием гумуса (r = 0.89) и накапливается в ложбине.
Содержание гумуса также тесно связано с элементами рельефа. Так, в во-доразделе (элювиальный ландшафт) этот показатель на 1.35-1.52% ниже, чем в межхолмной депрессии, что обусловлено направленностью вещественно-энергетических потоков на склоновых территориях.
Фракционный состав гумуса свидетельствует о том, что содержание I фракции гуминовых кислот, связанных с несиликатными формами полуторных оксидов, неспособными связывать Са, имеющих кислую природу и
ограниченное биостимулирующее влияние на рост и развитие растений и уменьшается вниз по катене.
Содержание наиболее ценной фракции гуминовых кислот увеличивается в направлении межхолмной депрессии, что связано с увеличением содержания суммы обменных оснований, в состав которых входит Са.
В связи с утяжелением гранулометрического состава, накоплением илистой фракции вниз по склону увеличивается содержание третьей фракции гуминовых кислот в межхолмной депрессии, но при этом уменьшается содержание фульвокислот I и IА фракций.
Таблица 2 - Влияние обработки почвы на ее агрохимические показатели
в различных агромикроландшафтах (среднее за 1993-1995 гг.)
| Основная обработка почвы | Гумус, % | рНКСl | Мг-экв/100 г | Щелочно-гидролиз. N, мг/100 г | Подвижные формы, мг/кг | |||||||||
Нг | S | Р2О5 | К2О | |||||||||||
Элювиальный | ||||||||||||||
Вспашка на 20-22 см | 2.10 | 5.5 | 2.8 | 14.2 | 9.6 | 136 | 114 | |||||||
Вспашка с почвоуглуб- ением на 28-30 см | 2.11 | 5.7 | 2.5 | 15.2 | 11.4 | 14.9 | 133 | |||||||
Плоскорезная обработка на 28-30 см | 2.07 | 5.4 | 2.7 | 14.8 | 10.3 | 146 | 130 | |||||||
Чизельная обработка на 28-30 см | 2.14 | 5.5 | 2.7 | 14.8 | 10.4 | 148 | 134 | |||||||
НСР05 | 0.14 | 0.3 | 0.9 | 1.1 | 12 | 9 | ||||||||
Транзитный | ||||||||||||||
Вспашка на 20-22 см | 1.34 | 5.2 | 3.3 | 12.2 | 7.6 | 87 | 77 | |||||||
Вспашка с почвоуглублением на 28-30 см | 1.33 | 5.4 | 3.0 | 13.7 | 9.4 | 102 | 93 | |||||||
Плоскорезная обработка на 28-30 см | 1.36 | 5.1 | 3.2 | 12.9 | 8.0 | 92 | 79 | |||||||
Чизельная обработка на 28-30 см | 1.32 | 5.1 | 3.3 | 13.1 | 8.2 | 97 | 86 | |||||||
НСР05 | 0.09 | 0.3 | 1.1 | 0.8 | 9 | 7 | ||||||||
Аккумулятивный | ||||||||||||||
Вспашка на 20-22 см | 3.62 | 5.7 | 2.3 | 15.8 | 12.6 | 171 | 158 | |||||||
Вспашка с почвоуглублением на 28-30 см | 3.56 | 5.7 | 2.2 | 16.0 | 13.6 | 188 | 172 | |||||||
Плоскорезная обработка на 28-30 см | 3.42 | 5.4 | 2.2 | 15.5 | 12.5 | 180 | 170 | |||||||
Чизельная обработка на 28-30 см | 3.51 | 5.5 | 2.2 | 15.7 | 12.4 | 178 | 156 | |||||||
НСР05 | 0.29 | 0.2 | 1.2 | 1.6 | 14 | 12 | ||||||||
Наряду с количественными изменениями в межхолмной депрессии улучшается и качественный состав гумуса - соотношение Сгк/Сфк, которое на водоразделе составило 0.65, в аккумулятивном ландшафте - 0.84-0.87. Краткосрочное влияние обработки почвы не сказало существенного влияния на фракционный состав гумуса.
Интегральным показателем влияния ландшафта на продукционный процесс является урожайность культуры. Установлена тесная отрицательная взаимосвязь между урожайностью и относительной высотой местоположения (таблица 3).
Наиболее высокая урожайность зерновых культур отмечена в аккумулятивном ландшафте, что обусловлено наиболее высоким содержанием питательных веществ и влаги.
Таблица 3 - Влияние основной обработки почвы на урожайность
зерновых культур в различных агромикроландшафтов, т/га
Обработка почвы (В) | андшафты (А) | Средние по фактору В | ||
Элювиальный | Транзитный | Аккумулятивный | ||
Отвальная вспашка, 20-22 см | 3.52 | 2.85 | 3.87 | 3.41 |
Вспашка с почвоуг-лублением, 28-30 см | 3.93 | 3.45 | 4.18 | 3.85 |
Плоскорезная, 28-30 см | 3.48 | 3.03 | 3.73 | 3.41 |
Чизельная, 28-30 см | 3.90 | 3.48 | 4.19 | 3.86 |
Среднее по фактору А | 3.71 | 3.20 | 3.99 | |
НСР05 | частных различий | главных эффектов | ||
Фактор А | 0.24 | 0.12 | ||
Фактор В | 0.18 | 0.08 | ||
Наиболее высокая устойчивость к неблагоприятным ландшафтным условиям (агрофизические и химические свойства почвы) оказались у овса, урожайность которого на 0.2-0.5 т/га выше, чем у ячменя и яровой пшеницы.
Применение мелиоративных приемов обработки почвы (почвоуглубление, безотвальная обработка) обеспечило повышение урожайности у всех зерновых культур.
Внесение минеральных удобрений оказало наиболее высокий эффект в аккумулятивном ландшафте, где сформировалась самая высокая урожайность зерновых культур.
На картофеле самая высокая урожайность 27.7 т/га получена на водоразделе (элювиальный ландшафт) на фоне внесения минеральных удобрений и чизельного рыхления почвы на 28-30 см. На аккумулятивном ландшафте из-за недостатка температур была сформирована более низкая урожайность 24.5 т/га, что на 3.2 т/га ниже по сравнению с элювиальным.
На урожайность всех культур в опыте отрицательно сказались эрозионные процессы, уровень урожайности зерновых культур и картофеля был наиболее низким в транзитном ландшафте, для которого они характерны.
Для картофеля установлена тесная отрицательная корреляционная зависимость урожайности от перепада высот, которая выражена уравнением регрессии у=24.9-1.79х, r=-0.82, где уЦ урожайность, х - высота местоположения.
Смыв почвы талыми водами в значительной степени можно снизить за счет почвозащитных обработок почвы. Почвоуглубление является одним из почвозащитных приемов, повышая водопроницаемость почвы, оно способствует лучшему впитыванию влаги в почву, снижению интенсивности водостока и задерживанию почвенных частиц.
Смыв почвы ливневыми осадками в среднем за три года составил 11.54 т/га, что на 2.45 т/га выше, чем составляют потери почвы во время снеготаяния.
Следовательно, для того чтобы смыв почвы не оказывал отрицательного влияния на продукционный процесс, необходимо проводить дополнительные почвозащитные обработки почвы, которые снижают интенсивность эрозионных процессов.
Глава 5. Агроэкологическая роль севооборотов в обеспечении
устойчивого функционирования агрофитоценозов
в условиях опольного ландшафта
5.1 Влияние культур полевого севооборота на агрофизические
биологические и агрохимические свойства почвы
Влажность и плотность почвы. Наблюдения в опыте за режимом влажности почвы в течение ротации севооборота не выявили существенной разницы в накоплении влаги под различными культурами типичного и биологизированного севооборотов. Уровень запасов влаги в почве в большей степени зависел от количества осадков в течение вегетационного периода.
Лучшая влагообеспеченность растений озимой ржи отмечена при размещении ее по чистому пару по сравнению с сидеральным.
Внесение органических удобрений в паровом поле по 60 т/га способствует влагонакоплению, содержание влаги в пахотном слое в посевах озимой ржи выше на 0.3-1% по сравнению с другими вариантами опыта. В посевах яровой пшенице и последующих культурах эта закономерность не сохраняется.
Плотность сложения пахотного слоя была в допустимых пределах для роста и развития сельскохозяйственных растений - 1.18-1.49 г/см3.
Наиболее сильное уплотнение почвы в среднем за ротацию севооборота отмечено в типичном севообороте 1.32 г/см3 против 1.29 г/см3 в биологизированном севообороте. Запаханная масса вико-овсяной смеси в паровом поле способствовала разуплотнению дерново-мелкоподзолистой почвы в пахотном слое.
Среди изучаемых культур сильнее уплотняли почву клеверо-тимофеечная смесь и клевер в связи с более сильным иссушением пахотного слоя по сравнению с зерновыми культурами, что подтверждается данными Ф.И.Левина, 1967.
Внесение навоза обеспечило снижение плотности почвы, которое усиливалось с увеличением дозы органических удобрений. Установлена тесная отрицательная корреляционная связь между содержанием органического вещества почвы и ее плотностью r = -0.85.
Биологическая активность почвы. На активность целлюлозо-разлагающих микроорганизмов существенное влияние оказали метеорологические условия. Разложение льняного полотна во влажные годы (влажность 18.9-20.1%) было интенсивнее, чем в засушливые (влажность почвы 14.4-16.8%) в посевах озимой ржи на 5.4%, яровой пшеницы - 16.6-20%, клевера - 13.5%, клеверо-тимофеечной смеси - 11.2%.
Наибольший процент разложения льняной ткани отмечен в биологизированном севообороте 38.6% против 34.9% - в типичном, что обусловлено активным течением микробиологических процессов под культурами, размещенными по предшественникам, оставляющим после себя большое количество пожнивно-корневых остатков, богатых азотом.
Мощным фактором активизации микробоценоза почвы являются удобрения. Унавоживание почвы повышает биологическую активность в среднем по севооборотам на 8.2-8.8%. Наиболее высокая биологическая активность почвы 45.2 и 48% отмечена в варианте совместного внесения полного минерального удобрения по 90 кг д.в/га и 60 т/га навоза. Эта закономерность сохраняется на всех культурах севооборота. Установлена тесная прямая корреляционная связь между содержанием органического вещества почвы и ее биологической активностью r = 0.86.
Биологизированный севооборот способствует влагонакоплению, разуплотнению почвы, повышению активности микробоценозов, что является показателями устойчивости агрофитоценозов.
5.2 Гумусное состояние дерново-подзолистой почвы
в зависимости от культур севооборота и внесения
органических и минеральных удобрений
Поступление корнестерневых остатков. Для стабилизации плодородия почвы важным источником поступления органического вещества являются корневые и пожнивные растительные остатки, актуальность использования которых возрастает в связи с ограниченными возможностями сельскохозяйственных предприятий приобретать органические, минеральные удобрения и химические средства защиты растений.
Результаты исследований по определению параметров биологических источников органического вещества свидетельствуют о том, что от вида севооборота существенно зависит количество поступающих пожнивно-корневых остатков (таблица 4). Без применения удобрений в биологизированном севообороте за ротацию поступило 53.4 т/га растительных остатков, включая побочную продукцию, что на 17.5 т/га выше, чем в типичном. Внесение минеральных и органических удобрений в умеренных дозах обеспечивало повышение поступления органического вещества растительных остатков. Высокие дозы совместного внесения органических и минеральных удобрений способствовали снижению количества поступающих растительных остатков за счет уменьшения корневой системы клевера.
Наиболее высокая масса корнестерневых остатков поступает в почву после клевера 7.0-10.1 т/га и клеверо-тимофеечной смеси 3.7-8.3 т/га. Внесение минеральных удобрений повышает её на 10-17%. Совместное внесение органических и минеральных удобрений способствует накоплению корнестерневых остатков только при внесении умеренных доз.
Таблица 4 - Накопление растительных остатков и элементов
минерального питания в различных севооборотах (1998 - 2005гг.)
| Варианты | Типичный севооборот | Биологизированный севооборот | ||||||
масса корнестерневых остатков, т/га | количество элементов питания в них, кг/га | масса корне- стерневых остатков, т/га | количество элементов питания в них, кг/га | |||||
| азота | фос-фора | калия | азота | фосфора | калия | |||
Контроль | 26.4 | 219 | 126 | 246 | 38.3 | 243 | 137 | 321 |
N60Р60К60 | 27.5 | 316 | 129 | 379 | 40.4 | 326 | 146 | 358 |
N90Р90К90 | 31.0 | 357 | 139 | 416 | 41.1 | 411 | 150 | 450 |
Навоз 40 т/га - фон 1 | 30.6 | 288 | 132 | 343 | 43.5 | 310 | 163 | 380 |
Фон 1 + + N60Р60К60 | 29.6 | 336 | 136 | 397 | 43.4 | 403 | 181 | 470 |
Фон 1 + +N90Р90К90 | 32.4 | 410 | 141 | 470 | 43.1 | 457 | 184 | 491 |
Навоз 60т/га Ц Фон 2 | 28.5 | 467 | 136 | 540 | 38.3 | 492 | 190 | 541 |
Фон 2 + +N60Р60К60 | 29.5 | 483 | 148 | 549 | 41.5 | 512 | 191 | 599 |
Фон 2 + +N90Р90К90 | 30.6 | 519 | 151 | 589 | 41.0 | 573 | 196 | 649 |
НСР 05 | 1.2 | 67 | 28 | 75 | 1.5 | 70.3 | 31.3 | 81.4 |
С корнестерневыми остатками в типичном севообороте в почву поступает 219.2 кг/га - азота, 126.5 кг/га - фосфора, 281.6 кг/га - калия, в биологизированном - азота - 242.7 кг/га, фосфора - 137.1 кг/га, калия - 321.3 кг/га.
Общеизвестно, что поступление в почву органического вещества с растительными остатками способствует накоплению гумуса. Однако, определение содержания гумуса в почве за ротацию типичного севооборота без внесения удобрений выявило его снижение на 0.29 т/га. Запашка вико-овсяной смеси в паровом поле способствовала снижению потерь гумуса в почве до 0.02%. Внесение навоза 60 т/га и минеральных удобрений не менее 60 кг д.в. на гектар обеспечивает преимущество процессов гумификации над минерализацией органического вещества в почве.
В биологизированном севообороте внесение навоза 40 т/га стабилизирует содержание гумуса, а при увеличении дозы навоза до 60 т/га обеспечивает существенное его накопление (0.16%) к концу ротации севооборота.
Важным показателем устойчивости агроэкосистемы является баланс гумуса в почве. Так, равновесный баланс гумуса в типичном севообороте достигается при запашке навоза 60 т/га, соломы озимой ржи и яровой пшеницы два раза в течение ротации севооборота, внесении минеральных удобрений не менее 60 кг д.в. на гектар под зерновые и силосные культуры.
В биологизированном севообороте равновесный баланс гумуса достигается при запашке навоза 20 т/га, сидерата и соломы озимой ржи - два раза, яровой пшеницы - один раз в ротацию.
Наблюдения за динамикой гумуса в парозернопропашном севообороте длительного стационарного опыта показали, что за 36 лет использования дерново-подзолистой почвы без внесения извести, органических и минеральных удобрений наблюдается нарастание кислотности, снижение содержания поглощенных оснований, фосфора и гумуса, то есть интенсивно развиваются деградационные процессы.
Продолжительный вынос элементов питания культурными растениями в контрольном варианте привел к количественным и качественным изменениям гумуса, его содержание уменьшилось по сравнению с исходной почвой на 11.3%, сформировался фульватный гумусообразовательный процесс, соотношение Сгк : Сфк составило 0.54.
Внесение минеральных удобрений NPK 50% выноса и NPK эквивалентно 10 т/га навоза способствовало увеличению подвижных гуминовых веществ (фракция ГК-1 и фульвокислоты), образованию, так называемого незрелого гумуса.
Применение органических удобрений по 10 т/га ежегодно обеспечило улучшение качественного состава гумуса, содержание гуминовых кислот повысилось с 18.68% на контроле до 24.31%, а концентрация фульвокислот осталось на том же уровне. Отношение Сгк : Сфк составило 0.70, что харакретно для слабоокультуренной дерново-подзолистой почвы. Таким образом, изменение содержания органического вещества унавоженной дерново-подзолистой почвы направлено на формирование более зрелого гумуса и повышение устойчивости почвы к деградации.
Совместное внесение навоза 10 т/га и эквивалентного количества NPK не только повысило концентрацию гумуса в почве по сравнению с контрольным вариантом, но и изменило фракционно-групповой состав гумуса: фракция свободных и рыхлосвязанных гуминовых кислот увеличилась на 2.36%, связанных с кальцием - на 3.67% по сравнению с контролем.
Важным показателем агрономической оценки гумуса служит его лабильная часть, которая является резервом минерального питания растений и, прежде всего, азота.
Наиболее высокое содержание лабильных форм гумуса отмечено в варианте органоминеральной системы удобрения с насыщенностью навоза 10 т/га и эквивалентным количеством NPK (на 42% выше по сравнению с контролем).
Количественная зависимость содержания углерода лабильной части гумуса от общего содержания органического вещества выражена уравнением регрессии у = -0.239 + 0.236х, r = 0.857.
В водорастворимой фракции лабильного гумуса более 30% приходится на долю фульвокислот.
Следовательно, длительное возделывание сельскохозяйственных культур без внесения удобрений независимо от типа севооборота обедняет почву гумусом. Наиболее высокий отрицательный баланс гумуса 0.25 т/га в год отмечен в парозернопропашном севообороте. Исключение из севооборота пропашной культуры (картофеля), введение сидерального пара, двух полей многолетних бобовых трав, запашка соломы обеспечивают формирование положительного баланса гумуса. Для достижения положительного баланса гумуса в парозернопропашном севообороте необходимо применять органо-минеральную систему удобрения с насыщенностью не менее 10 т/га навоза и эквивалентного количества минеральных удобрений.
5.3 Влияние минеральных и органических удобрений на урожайность
сельскохозяйственных культур и продуктивность севооборотов
В почвенно-климатических условиях Уфимско-Сылвенского АР южной тайги для озимой ржи лучшим предшественником оказался клевер луговой, убранный на зеленую массу. Урожайность озимой ржи, размещенной по клеверу, на 1.21-1.39 т/га выше, чем по чистому и сидеральному парам. Для яровой пшеницы лучшими предшественниками оказались пласт и оборот пласта клевера и клеверо-тимофеечной смеси.
Сравнительная оценка полевых восьмипольных севооборотов в условиях элювиального типа ландшафта выявила преимущество биологизированного севооборота (таблица 5).
Таблица 5 - Влияние типа севооборота на продуктивность пашни и
энергетическую эффективность
| Варианты | Продуктивность, тыс.к.ед./га в год | Коэффициент энергетической эффективности | |||
Тип севооборота | Отклонение | Тип севооборота | |||
типичный | биологизи-рованный | типичный | биологизи-рованный | ||
Контроль | 1.95 | 2.68 | 0.73 | 2.64 | 3.12 |
N60Р60К60 | 2.22 | 3.02 | 0.80 | 2.24 | 2.64 |
N90Р90К90 | 2.34 | 3.09 | 0.75 | 2.12 | 2.44 |
Навоз 40 т/га | 2.35 | 3.11 | 0.76 | 2.54 | 3.07 |
Навоз 40 т/га+ + N60Р60К60 | 2.40 | 3.14 | 0.74 | 2.15 | 2.59 |
Навоз 40 т/га+ +N90Р90К90 | 2.53 | 3.05 | 0.52 | 2.02 | 2.32 |
Навоз 60т/га | 2.23 | 2.97 | 0.74 | 2.42 | 2.72 |
Навоз 60т/га + +N60Р60К60 | 2.50 | 3.19 | 0.69 | 2.06 | 2.48 |
Навоз 60т/га + +N90Р90К90 | 2.40 | 3.06 | 0.66 | 1.82 | 2.20 |
НСР 05 0.25 | |||||
Наиболее высокая урожайность зерновых (2.47-3.09 т/га), выход зерна с 1 гектара (1.54-1.93 т/га) севооборотной площади и продуктивность пашни (2.68-3.24 тыс.к.ед/га) отмечена в биологизированном севообороте, что обусловлено совокупным действием хороших предшественников и поступлением в почву корневых и пожнивных остатков.
Положительное влияние действия и последействия органических удобрений проявилось на второй (озимая рожь) и третьей (яровая пшеница) культурах полевого севооборота, как в биологизированном, так и типичном севооборотах. На многолетних травах не выявлено четкой закономерности положительного влияния последействия навоза на их урожайность, что связано с высоким урожаем покровной культуры и угнетением в первый год жизни.
Положительное влияние навоза на урожайность зерновых культур и выход зерна с 1 гектара севооборотной площади прослеживается независимо от дозы внесения, при этом в биологизированном севообороте эти показатели на 10-69% выше, чем в типичном.
На озимой ржи и яровой пшенице оптимальной нормой внесения минеральных удобрений оказалась NPKапо 60 кг д.в./га каждого вида.
Увеличение дозы минеральных удобрений по 90 кг д.в/га не обеспечило существенных прибавок урожая изучаемых культур за исключением клеверо-тимофеечной смеси 2 г.п. и размещенной по ней яровой пшеницы.
Совместное внесение органических и минеральных удобрений в умеренных дозах также способствовало увеличению урожайности сельскохозяйственных культур и выходу зерна с 1 гектара севооборотной площади. На повышенных дозах органических (60 т/га) и минеральных (90 кг д.в/га) удобрений отмечено полегание сельскохозяйственных культур и, как следствие, снижение урожайности, обусловленное потерями при уборке.
Совокупное действие хороших предшественников и удобрений обеспечивает более высокую продуктивность агрофитоценозов. В биологизированном севообороте продуктивность пашни была выше на 0.48-1.19 тыс.к.ед/га по сравнению с типичным.
В типичном зерно-травяном севообороте наиболее высокая продуктивность 2.53 тыс.к.ед. отмечена при внесении навоза 40 т/га и NPK 90 кг д.в/га каждого вида.
5.4 Влияние удобрений на баланс элементов питания
в агроценозах и энергетическую эффективность их применения
Важнейшим условием создания устойчивых агроэкосистем является оптимизация использования их многочисленных механизмов саморегуляции. Прежде всего все звенья пищевых цепей должны быть сбалансированы на уровне оптимального функционирования биоты. При этом управление почвенным плодородием и звеньями пищевых цепей должно быть максимально сбалансированным. Без учета этого положения происходит усиленная мобилизация питательных веществ почвы за счет ее естественных запасов, что приводит к снижению ее плодородия и продуктивности сельскохозяйственных растений, а следовательно, к падению устойчивости агроландшафтов и агроэкосистемы в целом. Так, без внесения удобрений в типичном севообороте по всем элементам питания отмечены отрицательные балансы
Запашка соломы трех зерновых культур и поступление пожнивно-корневых остатков в течение ротации севооборота не обеспечивают возмещение выноса, которое составило по азоту 52%, фосфору - 67%, калию - 76%.
Положительный баланс по азоту сформировался при внесении NPK по 60 кг д.в/га. Дальнейшее увеличение дозы минеральных удобрений оказалось излишним, так как коэффициент использования азота из удобрений снизился и увеличились его непроизводительные потери.
Внесение одних органических удобрений оказалось недостаточным, независимо от их дозы, для формирования положительного баланса по азоту.
Для формирования положительного баланса по азоту и высокой продуктивности необходимо вносить не менее 40 т/га навоза в сочетании с внесением NPK 60 кг д.в/га.
Для обеспечения положительного баланса фосфора достаточно вносить 30 кг д.в/га, возмещение выноса при этом составляет 318%, дальнейшее увеличение дозы фосфора в удобрениях излишне, так как ведет к зафосфачиванию почвы.
По калию положительный баланс обеспечивает внесение минеральных удобрений NPK по 30 кг д.в/га.
Таким образом, в типичном полевом севообороте для получения продуктивности выше 3 тыс.к.ед/га и положительного баланса гумуса, азота, фосфора и калия необходимо вносить навоз не менее 60 т/га и NPK 60 кг д.в./га.
В биологизированном севообороте без внесения удобрений также сформировался отрицательный баланс азота, возмещение выноса составило 65%, что на 13% выше по сравнению с типичным.
Положительный баланс по азоту обеспечивает внесение минеральных удобрений не ниже 60 кг д.в/га.
Внесение одних органических удобрений, как и в типичном севообороте, не возмещает вынос элементов питания растениями.
Запашка сидеральной культуры в паровом поле, соломы зерновых культур в четырех полях севооборота, накопление элементов питания с пожнивно-корневыми остатками обеспечили формирование положительных балансов фосфора и калия без дополнительного внесения минеральных и органических удобрений.
Однако для обеспечения формирования продуктивности пашни свыше 3 тыс.к.ед/га и положительных балансов гумуса, азота, фосфора и калия необходимо вносить навоза не менее 40 т/га и NPK 60 кг д.в/га.
Для комплексной оценки севооборотов была рассчитана их энергетическая эффективность. Затраты на внесение органических и минеральных удобрений окупаются продуктивностью как типичного, так и биологизированного севооборотов. Энергетический коэффициент в зависимости от вариантов варьировал от 1.82 до 3.07.
Энергетические затраты в биологизированном севообороте в связи с выращиванием и запашкой сидеральной культуры выше на 11% по сравнению с типичным севооборотом. Однако этот севооборот имеет более высокую энергетическую эффективность, так как коэффициент выше на 0.28-0.58 по сравнению с типичным севооборотом. Максимальная величина энергетического коэффициента в типичном севообороте 2.64 в варианте без внесения удобрений, в биологизированном - с запашкой навоза 20 т/га - 3.13.
По комплексной оценке выделился биологизированный севооборот, так как по сравнению с типичным обеспечивает формирование более высокой продуктивности, а при дополнительном внесении навоза 40 т/га и NPK 60 кг д.в/га положительные балансы гумуса, азота, фосфора и калия.
Глава 6. Оптимизация обработки почвы в условиях адаптивно-ландшафтного земледелия Предуралья
6.1Влияние приемов обработки почвы на ее водно-физические, агрохимические, биологические свойства и засоренность агрофитоценозов
Структура. По данным гранулометрического состава, изучаемая дерново-мелкоподзолистая почва относится к средним суглинкам. Содержание физической глины составляет 34.12-35.82%, илистой фракции - 11.51-12.55%.
Через 21 год после начала проведения опыта содержание различных фракций, способных привести к изменению классификационного названия пахотного горизонта, существенно не изменилось. Однако, следует отметить тенденцию повышения содержания илистой фракции при проведении безотвального разноглубинного рыхления (чизельно-поверхностная система обработки почвы) на 2.37%, чередовании отвальной вспашки с плоскорезной (плужно-плоскорезная) - 0.69%, с поверхностной - (плужно-поверхностная) - 1.33%, что обусловлено, прежде всего, вовлечением в пахотный горизонт нижележащего слоя почвы, характеризующегося более высокой удельной поверхностью гранул. Эти данные согласуются с результатами исследований других авторов (Капинос В.А. и др., 1990; Колоскова А.В., Белоножко Л.А., 1966).
Как показывают результаты исследований, потенциальная способность почвы к агрегатированию, выраженная фактором структурности А.Ф. Вадюниной, повышается при проведении безотвальной обработки с 22.4 до 29.1 %, чередовании вспашки с плоскорезным рыхлением - с 24.2 до 27.9%, с поверхностной обработкой - с 25.3 до 28, 9% (таблица 6).
Наиболее неблагоприятное влияние на гранулометрический состав дерново - мелкоподзолистой почвы оказала плужно-фрезерная система обработки, которая способствовала снижению содержания илистой фракции с 11.51 до 9.95% и фактора структурности с 22.2 до 18.4 %.
Результаты гранулометрического анализа почвы подтверждаются показателями микроагрегатного состава. По содержанию физической глины 31.70-37.02% изучаемая почва относится к среднесуглинистым. Этот факт еще раз подтверждает, что изменение гранулометрического и микроагрегатного составов почвы под влиянием обработки почвы происходит крайне медленно.
Таблица 6 Ц Изменение показателей структуры дерново-мелкоподзолистой почв в зависимости от системы ее обработки, (0-20 см), %, 1983-2005 гг.
Варианты (системы обработки почвы) | Агрономически ценная фракция | Коли- чество водопрочных агрегатов | Фактор диспер- сности по Н.А. Качинскому | Фактор структур- ности по А.В. Вадюниной | |
макро-структура 0.25-10 мм | микро-структура 0.25-0.01 мм | ||||
Общепринятая - контроль | 4.8 | 1.57 | 4.4 | 0.2 | -2.6 |
Глубокая | 6.1 | 0.14 | 4.9 | 1.0 | -0.9 |
Плужно-плоскорезная | 11.5 | 0.23 | 10 | -0.1 | 3.7 |
Плужно-поверхностная | 12.0 | 2.62 | 9.9 | -1.0 | 3.6 |
Чизельно-поверхностная | 15.4 | 4.5 | 12.6 | -1.1 | 6.9 |
Плужно-фрезерная | 4.3 | 0.88 | 0.7 | 2.1 | -3.8 |
НСР05 | 1.5 | 1.3 | 1.9 | ||
Тенденция положительного влияния безотвального рыхления и проведения его в сочетании с отвальной вспашкой на накопление илистой фракции в пахотном слое наблюдается и по результатам микроагрегатного состава.
Процентное отношение ила микроагрегатного к илу, полученному при гранулометрическом анализе, характеризует по Н.А.Качинскому степень распыляемости почвы в воде или фактор дисперсности. Наиболее высоким фактор дисперсности 16.2% был в варианте с плужно-фрезерной системой обработки почвы, что на 2.8% выше по сравнению с контролем - ежегодной отвальной вспашкой.
Чизельно-поверхностная, плужно-поверхностная и плужно-плоскорезная системы обработки почвы из-за накопления илистой фракции, обладающей цементирующим действием, формируют более устойчивую к разрушению в воде микроструктуру, фактор дисперсности в этих вариантах ниже по сравнению с ежегодной отвальной вспашкой на 0.4-0.7%.
В этих же вариантах отмечено наиболее высокое (55.25-58.75%) по сравнению с контролем (54.96%) накопление агрономически ценной пористой и водопрочной микроструктуры размером 0.25-0.01 мм.
Более существенные количественные и качественные изменения в зависимости от обработки почвы претерпевает макроагрегатный структурный состав дерново-мелкоподзолистой среднесуглинистой почвы.
В вариантах с обычной и глубокой отвальной вспашкой в составе фракций (сухое просеивание почвы) преобладают агрегаты крупнее 1 мм (55.8-63.1%), причем около половины их приходится на долю глыбистой фракции. Рыхлящее воздействие безотвальных почвообрабатывающих орудий на формирование агрономически ценной фракции 0.25-10 мм является более благоприятным по сравнению с отвальным плугом с связи с меньшим давлением на почвенную массу и снижением разрушающего действия на структурные отдельности почвы. Так, в варианте с чизельно-поверхностной системой обработки почвы отмечено более высокое содержание агрономически ценной фракции - 33.4%, против 30.2% на контроле. Это увеличение содержания агрономически ценных агрегатов 0.25-10 мм сопровождается существенным снижением глыбистой фракции.
Применение чизельно-поверхностной системы обработки почвы в течение 21 года способствует усилению процесса накопления агрономически ценной фракции, содержание которой увеличилось на 8.2%, что составляет 46% к исходному количеству. Чередование отвальной вспашки с плоскорезной и поверхностной обработкой почвы повышает содержание этой фракции на 5.6 и 5.5% соответственно, что составляет к исходному количеству 40%.
Повышение структурности почвы при проведении безотвального рыхления почвы, а также в сочетании с отвальной вспашкой по сравнению с контрольным вариантом подтверждается величиной коэффициента структурности, который увеличивается в этих вариантах в 1.3-1.8 раза.
Данные мокрого просеивания показывают, что наиболее высокое содержание водопрочных агрегатов диаметром > 0.25 мм (34.1%) отмечено в варианте с чизельно-поверхностной обработкой почвы, что на 21% выше по сравнению с контролем - ежегодной отвальной вспашкой. Увеличение водопрочных агрегатов в этом варианте связано с формированием хорошо развитого порового пространства, обеспечивающего равномерное увлажнение агрегатов и своевременный выход воздуха из пор. Длительное применение чизельно-поверхностной обработки почвы способствовало накоплению водопрочной структуры в пахотном слое дерново-мелкоподзолистой среднесуглинистой почвы, которая повысилась за годы исследований в 1.4 раза.
О значительной водопрочности агрегатов в этом варианте свидетельствуют и более высокие значения критерия водопрочности 1.7 и 2.2 против 1.0 и 1.1 на контроле.
Применение плужно-плоскорезной и плужно-поверхностной систем обработок почвы увеличило содержание водопрочной структуры в пахотном слое до 39.9%, что на 23% выше по сравнению с контролем. Менее водопрочная структура образуется в варианте с плужно-фрезерной обработкой почвы, что обусловлено разрушением крупных пор, а в оставшиеся тонкие поры поступление влаги затруднено и она скапливается в межпоровом пространстве, способствуя распаду агрегатов.
Следовательно, применение активных рабочих органов (плуг, фреза) для обработки дерново-мелкоподзолистой среднесуглинистой почвы способствует разрушению почвенной структуры и ухудшению ее качества безотвальное рыхление и чередование его со вспашкой повышает устойчивость к ее деградации.
В Уфимско-Сылвенском подтаежном АР для почвообразования складываются более благоприятные природные условия. Наряду с дерново-подзолистыми почвами формируются серые лесные, оподзоленные черноземы, которые более оструктурены. В связи с интенсивным механическим воздействием при проведении обработки почвы и практически полном отказе от применения органических удобрений наблюдается ухудшение их структурно-агрегатного состава, уплотнение пахотных и подпахотных горизонтов.
Результаты структурного анализа (сухое просеивание) показывают, что при проведении ежегодной отвальной вспашки в течение ротации полевого типичного для Предуралья семипольного зернотравяного севооборота повышается содержание глыбистой фракции на 23.2 %.
Количество агрономически ценных агрегатов (0.25-10 мм) в этом варианте за годы исследований снизилось с 73.1 до 71.1%, а водопрочных структурных единиц с 37.7 до 27.2%, что составило 26% от первоначального уровня.
Применение ресурсосберегающих безотвальных обработок обеспечило снижение глыбистой фракции на 20-42%, Наиболее низким этот показатель был при проведении поверхностной обработки почвы. Безотвальное и плоскорезное рыхление способствовало снижению глыбистой фракции на 35% к первоначальному состоянию.
Максимальное накопление агрономически ценной фракции 85.1% отмечено в варианте с чизельной обработкой, что на 12% выше по сравнению с контролем.
Содержание частиц < 0.25 мм снизилось на 15-32% по сравнению с первоначальным состоянием во всех вариантах с безотвальными обработками и чередовании их со вспашкой, что указывает на постепенное оструктуривание почвы и укрупнение почвенных агрономически ценных агрегатов.
Количество водопрочных агрегатов (мокрое просеивание) больше 10 мм за ротацию севооборота при проведении отвальной обработки увеличилось в 2 раза. Безотвальные обработки не способствовали существенному увеличению водопрочных агрегатов этой фракции.
На всех видах обработки почвы снизилась водопрочность агрегатов 5-3 мм, что выделяет их в разряд наиболее подверженных изменениям, происходящим в почве.
Безотвальные обработки почвы и сочетание их с плужной замедляют процесс снижения водопрочности агрегатов, так как степень трансформации структуры зависит, прежде всего, от поступления в почву корневых и пожнивных остатков, накопление которых в этих вариантах выше по сравнению с контролем.
Плотность почвы. Уплотнение почвы в большей степени зависит от системы обработки почвы и гидротермических показателей.
При проведении общепринятой системы обработки почвы в почвенно- климатических условиях Вятско-Камского АР южной тайги уплотнение за период от фазы кущения у зерновых и ветвления - у клевера лугового до уборки составило 11-18%, 0.15-0.23 г/см3.
Углубление пахотного слоя с одновременным внесением органических удобрений положительно повлияло на плотность дерново-мелкоподзолистой почвы, объемная масса под всеми культурами была на 0.01-0.03 г/см3 ниже по сравнению с контролем - общепринятой системой обработки почвы.
Наиболее рыхлое сложение пахотного слоя отмечено в варианте с чизельно-поверхностной системой обработки почвы, обеспечившей снижение плотности к концу вегетации растений на 0.02-0.1 г/см3 (2-7%).
Ежегодная поверхностная обработка почвы в течение ротации наиболее сильно уплотняла почву, объемная масса по сравнению с контролем повысилась на 0.03-0.12 г/см3, что обусловлено плохой оструктуренностью почвы в слое 10-20 см. Независимо от системы обработки наиболее плотная почва была под клеверами.
В Уфимско-Сылвенском АР южной тайги дерново-мелкоподзолистая почва в меньшей степени уплотнялась в течение вегетационного периода растений, что объясняется ее лучшим структурным состоянием по сравнению с аналогичным типом почвы Вятско-Камского АР южной тайги.
В варианте с глубокой отвальной вспашкой и заделкой навоза 2-х ярусным плугом в нижней части пахотного слоя отмечено снижение плотности почвы на 0.02-0.04 г/см3 (2-3%) по сравнению с контролем.
Чизельно-поверхностная обработка почвы также обеспечила наиболее рыхлое сложение пахотного слоя. Плотность почвы в этом варианте была ниже на 0.02-0.05 г/см3 (2-3%) по сравнению с контролем и находилась в пределах, близких к оптимальному значению для зерновых культур и клевера.
Из комбинированных обработок наиболее сильно уплотняла почву плужно-фрезерная. Плотность почвы в этом варианте была выше на 0.02-0.07 г/см3 (2-5%) по сравнению с контролем, что обусловлено разрушением структуры почвы при проведении фрезерной обработки.
Объемные деформации в направлении уплотнения под влиянием гравитационных и влажностных изменений составили на вспашке 0.15-0.18 г/см3 (12-14%), чизельно-поверхностной - 0.14-0.18 г/см3 (11-14%), поверхностной - 0.16-0.19 г/см3 (12-15%).
Исследования объемной деформации дерново-мелкоподзолистой почвы в Вятско-Камском АР южной тайги и Уфимско-Сылвенском АР южной тайги показали, что плотность является динамичным показателем и находится в определенной зависимости от условий увлажнения, исходного уплотнения и повышается в засушливые годы по сравнению с типичными на 0.04-0.08 г/см3 (3-6%).
В Уфимско-Сылвенском подтаежном АР исследования по изучению влияния основной обработки на плотность почвы проводили на оподзоленном черноземе. Благодаря хорошей оструктуренности плотность пахотного слоя чернозема невысокая и колеблется в пределах 0.8-1.3 г/см3.
Следовательно, во всех АР растения сельскохозяйственных культур произрастают на динамично изменчивой плотности почвы, которая на ресурсосберегающих обработках приближена к оптимальной и более устойчива в течение вегетационного периода.
Влажность почвы. Вятско-Камский АР южной тайги характеризуется хорошей влагообеспеченностью для возделывания сельскохозяйственных культур, сумма осадков за вегетационный период составляет более 300 мм.
Как показывают результаты исследований, влажность почвы определялась количеством выпавших осадков и приемами обработки почвы, существенных различий по культурам типичного полевого семипольного севооборота не выявлено.
На всех культурах севооборота безотвальные обработки почвы (чизельно-поверхностная и поверхностная), способствуя образованию водопрочной структуры, оказали наиболее высокое положительное влияние на накопление влаги, влажность почвы в этих вариантах была выше на 0.3-1% по сравнению с контролем - ежегодной отвальной вспашкой. К концу вегетации растений положительное влияние безотвальных обработок на содержание влаги в почве, по сравнению с отвальной вспашкой усиливалось.
В годы наблюдений за влажностью почвы в Уфимско-Сылвенском АР южной тайги засушливые явления в течение вегетационных периодов наблюдались в 1985, 1986, 1989, 1994, 1998, 1999 годах, поэтому влияние обработок почвы на ее влажность проявилось более четко по сравнению с Вятско-Камским АР южной тайги. Наиболее сильное иссушение почвы отмечено также в варианте с отвальной вспашкой.
Система глубокой обработки почвы, базирующаяся на отвальной вспашке на 0-28 см 2-х ярусным плугом по влагообеспеченности превосходила ежегодную отвальную вспашку. Лучшая влагообеспеченность в этом варианте сформировалась за счет аккумуляции влаги прослойкой навоза и пожнивно-корневыми остатками, заделанными в слой почвы 16-22 см.
Чизельно-поверхностная обработка обеспечивала повышение влажности почвы на 0.6-1.3% по сравнению с контролем, в засушливые годы - более 2%.
Системы комбинированной обработки почвы по накоплению влаги занимали промежуточное положение: уступали чизельно-поверхностной и превосходили ежегодную отвальную вспашку. Из комбинированных обработок почвы сильнее иссушала почву плужно-фрезерная.
В годы с выпадением осадков ниже нормы преимущество комбинированных обработок, обеспечивающих накопление влаги в почве, проявлялось более сильно.
В Предуралье наиболее низкой обеспеченностью осадками характеризуется Уфимско-Сылвенский подтаежный АР. Засушливые явления за годы исследований наблюдались в 1989, 1991, 1993, 1994 годах и имели более длительный период по сравнению с Уфимско-Сылвенским южной тайги АР.
Безотвальное рыхление почвы способствовало повышению содержания влаги по сравнению с контролем - отвальной вспашкой на 2% и более. Лучшая влагообеспеченность растений в вариантах с безотвальным и плоскорезным рыхлением обусловлена формированием водоудерживающей структуры.
Положительное влияние поверхностной обработки почвы на сохранение влаги обусловлено ненарушенным сложением нижней части пахотного слоя и большим объемом капиллярной пористости. Это способствовало подъему воды из нижележащих горизонтов почвы к поверхностному слою.
Биологическая активность почвы. Обработка почвы, улучшая водно-воздушный режим, способствует интенсивному заселению почвенных частиц и растительных остатков микроорганизмами, которые превращают органические соединения в минеральные, составляющие пищу растений.
На всех изучаемых способах обработки почвы наиболее высокая численность агрономически важных групп микроорганизмов отмечена в верхнем 0-10 см слое, при этом в микробном ценозе преобладают бактерии. Значительное повышение биогенности наблюдается при интенсивном воздействии на почву. Глубокая отвальная вспашка за счет интенсивной обработки обеспечивает хорошую аэрацию пахотного слоя и накопление бактериальной и грибной микрофлоры. В этом варианте отмечена также наиболее высокая биохимическая активность почвы. В большей степени это относится к процессам трансформации органических веществ, на что указывает увеличение почвой продуцирования углекислого газа, возрастание активности фермента уреазы. Комбинированные системы обработки почвы по количеству актиномицетов и грибной микрофлоры уступают отвальной вспашке независимо от глубины проведения. Аналогичные результаты получены и по активности ферментов.
В более глубоких слоях почвы (10-20 см) содержание микроорганизмов снижается в 1.5-2 раза.
Минерализационные процессы, протекающие в почве, в первую очередь связаны с деятельностью аммонификаторов и микроорганизмов, использующих минеральные формы азота (таблица 7).
Таблица 7 - Влияние систем обработки почвы на процессы минерализации и гумификации (0 - 20 см), 2004 - 2005 гг.
| Варианты | Млн.шт/г | Грибы, тыс.шт/г | Коэффициенты | ||||
бактерии, использующие Nмин. | аммонии-фикаторы | зимо-генная микро-флора | авто-хтонная микро-флора | минера-лизации | гумифи-кации | ||
Общепринятая-контроль | 10.0 | 3.3 | 5.3 | 1.3 | 10.2 | 3.0 | 1.9 |
Глубокая | 13.3 | 3.9 | 5.1 | 1.4 | 13.7 | 3.4 | 2.3 |
Плужно-плоскорезная | 4.7 | 2.2 | 3.4 | 0.5 | 9.2 | 2.1 | 3.3 |
Плужно-поверхностная | 7.1 | 2.7 | 3.7 | 0.5 | 8.8 | 2.6 | 3.2 |
Чизельно-поверхностная | 4.6 | 2.8 | 3.5 | 0.4 | 8.2 | 1.6 | 3.9 |
Плужно-фрезерная | 2.0 | 0.8 | 0.5 | 0.11 | 1.6 | 0.28 | 0.22 |
Отвальная ежегодная вспашка под все культуры севооборота повышала интенсивность минерализационных процессов, коэффициент минерализации составил 3.0. Увеличение глубины вспашки усиливало этот процесс, коэффициент минерализации увеличился на 0.5. Безотвальная обработка почвы снижала интенсивность минерализации в два раза, коэффициент минерализации в варианте с чизельно-поверхностной обработкой составил 1.6. Комбинированные (плужно-плоскорезная и плужно-поверхностная) системы обработки почвы занимали промежуточное положение. При этом отвальная вспашка в комбинированной системе обработки почвы усиливала минерализационные процессы, что способствовало обогащению почвы питательными веществами и приводило к повышению продуктивности севооборота.
На жизнедеятельность гумусообразователей обработка почвы оказала также большое влияние. Чизельно-поверхностная обработка почвы в севообороте на фоне пониженной численности этих групп микроорганизмов, повышала коэффициент гумификации до 3.9. Отвальная вспашка увеличивала численность зимогенной и автохтонной групп микроорганизмов, но активность гумусообразования снижалась до 1.9, а в условиях комбинированной обработки - до 3.2. В общей доле микробного ценоза целлюлозоразрушающие бактерии составили 18-20%. Наиболее высокая заселенность их отмечена в варианте с глубокой обработкой почвы.
Следовательно, безотвальная (чизельно-поверхностная) система обработки почвы и комбинированная повышали общую биогенность пахотного слоя по сравнению с отвальной вспашкой, ослабляя минерализационные и усиливая гумификационные процессы. Эти системы обработки почвы стабилизировали соотношение процессов минерализации и гумификации на благоприятном для сохранения почвенного плодородия уровне.
Засоренность посевов. Стратегическое направление в борьбе с сорной растительностью имеет экологическую направленность и заключается в поддержании численности сорняков на экономически безопасном уровне.
Влияние систем обработки почвы на сорный компонент агрофитоценозов проявилось уже к концу первой ротации севооборотов. В варианте с глубокой отвальной вспашкой наблюдалась тенденция к снижению численности сорняков на 5-19 шт./м2 по сравнению с отвальной вспашкой на глубину пахотного слоя (18-20 см). Сочетание отвальной обработки с плоскорезной, поверхностной и фрезерной обеспечило формирование практически одинакового уровня численности однолетних и многолетних сорных растений. Наиболее высокая численность сорных растений в посевах всех культур севооборота отмечена в варианте с чизельно-поверхностной обработкой почвы.
К четвертой ротации севооборота все изучаемые системы обработки почвы в сочетании с применением гербицидов способствовали снижению численности и надземной массы сорняков.
Уменьшение численности многолетних и однолетних сорняков в агрофитоценозах обусловлено соответствующим действием обработки почвы на генеративные и вегетативные зачатки, находящиеся в почве. Так, общее количество семян сорных растений в пахотном слое через 21 год уменьшилось под действием отвальной вспашки на 1.5 тыс. шт./м2, глубокой отвальной - 2.9 тыс. шт./м2 (рис. 1). Комбинированные системы обработки почвы, несмотря на снижение вегетативной массы сорняков в агрофитоценозах, увеличивали потенциальную засоренность на 3.5-9.2 тыс. шт./м2 семян сорняков.
Таким образом, системы обработки почвы, базирующиеся на отвальной вспашке, снижают засоренность агрофитоценозов как вегетативной массой, так и запасом семян в пахотном слое почвы. Сочетание отвальных обработок с плоскорезной, поверхностной и фрезерной снижают вегетативную массу сорняков и их численность, но при этом увеличивают количество жизнеспособных семян в пахотном слое.
Безотвальная обработка почвы, независимо от глубины, способствует повышению засоренности посевов по сравнению с отвальной вспашкой.
Наблюдения за засоренностью посевов на оподзоленном черноземе в Уфимско-Сылвенском подтаежном АР выявили высокое распространение многолетних сорняков. Влияние основной обработки оподзоленного чернозема на засоренность посевов проявилось уже на первой культуре севооборота - озимой ржи. Наиболее сильное подавляющее действие на численность сорной растительности и развитие вегетативной массы оказала отвальная вспашка. Безотвальное рыхление почвы увеличивало засоренность посевов по сравнению с отвальной вспашкой на 11-27 шт./м2. Наиболее высокая засоренность посевов отмечена в варианте с поверхностной обработкой почвы. Чередование отвальной вспашки с безотвальным рыхлением снижало численность сорняков, хотя и уступало по подавляющему действию ежегодной отвальной вспашке.
К концу вегетации севооборота засоренность посевов снизилась, в варианте с ежегодной отвальной вспашкой на 39%, безотвальным рыхлением - 18-20%, поверхностной обработкой - 21%. Сочетание отвальной вспашки с безотвальным рыхлением обеспечило снижение засоренности агрофитоценозов на 29%.
На оподзоленном черноземе, как и на дерново-мелкоподзолистой почве установлено высокое подавляющее действие на сорную растительность отвальной вспашки. Наиболее высокая численность и вегетативная масса сорняков отмечена при проведении поверхностной обработки почвы. Чередование отвальной вспашки и безотвального рыхления снижало засоренность посевов по сравнению с поверхностной, плоскорезной обработкой и безотвальным рыхлением, но незначительно уступало ежегодной отвальной вспашке.
Агрохимические свойства. Механическое воздействие на почву в течение 3-х ротаций севооборота независимо от интенсивности привело к изменению показателей поглощающего комплекса в направлении подкисления: увеличилась обменная и гидролитическая кислотность, снизилась сумма обменных оснований и степень насыщенности ими поглощающего комплекса, однако, емкость катионного обмена при этом существенно не изменилась. Подкисление почвы обусловлено, главным образом, за счет вымывания из поглощающего комплекса катионов кальция, магния и замещения их водородом.
Ежегодная отвальная вспашка на глубину 20-22 и 30 см усиливает интенсивность процессов минерализации органического вещества почвы. Снижение содержания гумуса в этих вариантах наиболее высокое 0.34-0.35%.
Чередование отвальной вспашки с безотвальным рыхлением на глубину пахотного и подпахотного слоев, а также с поверхностными обработками замедляют развитие процессов подкисления поглощающего комплекса почвы и минерализацию органического вещества.
Внесение минеральных удобрений NPK по 60 кг д.в. на гектар каждого вида является стабилизирующим фактором снижения содержания гумуса и степени насыщенности основаниями поглощающего комплекса, однако
полностью не устраняет эти негативные процессы, протекающие в почве. Минерализация органического вещества на фоне умеренной дозы NPK замедляется, прежде всего, в вариантах с комбинированными системами обработки почвы, где убыль составила 0.08-0.10% против 0.27-0.28% при проведении ежегодной отвальной вспашки (таблица 8).
Ежегодная отвальная вспашка на глубину 0-20 и 0-30 см в течение 21 года обеспечила снижение фактических запасов органического вещества в пахотном слое на 5.32-5.36 т/га или 0.25 т/га ежегодно. Чередование вспашки с безотвальным рыхлением и поверхностными обработками БДТ-3.0 и КФГ-3.6 обусловило более экономное потребление органического вещества почвы, убыль которого составила 2.93-3.87 т/га (0.14-0.18 т/га ежегодно). Минимальная убыль органического вещества 2.93 т/га (0.14 т/га ежегодно) отмечена в варианте с плужно-плоскорезной системой обработки почвы, что на 55% ниже по сравнению с контролем - ежегодной отвальной вспашкой.
Таблица 8 - Влияние системы обработки на динамику органического
вещества в пахотном слое дерново-мелкоподзолистой почвы, углерод,
т/га (1983-2003 гг.)
| Варианты (системы обработки почвы) | Запасы углерода в почве | Убыль органи-ческого вещества | Количество новообра-зованных гумусовых веществ | Суммарная минерализация гумусовых веществ | Фактор минера-лизации | |
перед заклад-кой опыта | конец III Цей ротации севооборота | |||||
Общепринятая | 36.80 | 32.57 | 4.23 | 0.58 | 1.18 | 1.39 |
Глубокая | 35.52 | 31.23 | 4.29 | 0.60 | 1.21 | 1.24 |
Плужно-плоскорезная | 41.57 | 40.27 | 1.30 | 0.64 | 0.83 | 0.87 |
Плужно-поверхностная | 40.82 | 39.38 | 1.44 | 0.65 | 0.80 | 0.82 |
Чизельно-поверхностная | 42.82 | 41.50 | 1.32 | 0.66 | 0.80 | 0.82 |
Плужно-фрезерная | 43.06 | 41.38 | 1.68 | 058 | 0.82 | 0.92 |
НСР05 | 0.21 | |||||
Для выявления влияния разных систем обработки на динамику органического вещества дерново-мелкоподзолистой почвы учитывали возможное количество новообразованного гумуса, исходя из количества растительных остатков, фактор минерализации, рассчитанный как соотношение фактических потерь гумуса, минерализованного при возделывании культуры, к теоретически допустимым, определенным по выносу азота с полученным урожаем.
Фактор минерализации свидетельствует о том, несколько производительно расходуются гумусовые запасы почвы. Уменьшение величины этого показателя в варианте с плужно-плоскорезной системой обработки почвы говорит о более рациональном использовании органического вещества при этой технологии. Неэффективное использование органического вещества отмечено при проведении ежегодной отвальной вспашки, где фактор минерализации был наиболее высоким 1.42-1.46. Между содержанием органического вещества и фактором минерализации установлена тесная отрицательная связь (у = 56.684 - 10.621х, r = -0.956).
При проведении обработки почвы происходят не только количественные, но и качественные изменения гумуса.
6.3 Урожайность сельскохозяйственных культур и продуктивность
полевого севооборота в зависимости от обработки почвы
и ландшафтных условий
В зависимости от ландшафтных условий изучаемые системы обработки почвы оказали различное влияние на формирование урожайности культур полевого севооборота.
В Вятско-Камском АР наиболее высокая урожайность зерновых культур в среднем по трем закладкам опыта - 2.64 т/га и сена клевера - 3.88 т/га, что на 33 и 25% (соответственно) выше по сравнению с контролем общепринятой системой обработки почвы, отмечена в варианте с глубокой системой обработки почвы (таблица 9).
Таблица 9 - Влияние систем обработки почвы на урожайность зерновых культур и продуктивность севооборота
Варианты (системы обработки почвы) | Сбор зерна, т/га | Урожай- ность, т/га | Продук-тивность, тыс. к.ед./га | Отклонение от контроля | ||
за ротацию севооборота | на 1 га в год | тыс. к.ед /га | % | |||
Вятско-Камский АР, 1988-1995 гг. | ||||||
Общепринятая Цконтроль | 7,80 | 1,10 | 1,95 | 2,09 | - | - |
Глубокая | 10,58 | 2,64 | 2,78 | 0,69 | 33 | |
Плужно-плоскорезная | 7,46 | 1,51 | 1,86 | 1,99 | -0,10 | 5 |
Плужно-поверхностная | 7,46 | 1,07 | 1,86 | 2,02 | -0,07 | 3 |
Чизельно-поверхностная | 6,79 | 1,07 | 1,70 | 11,89 | -0,20 | 10 |
Поверхностная | 4,00 | 0,97 | 1,00 | 1,17 | -0,92 | 44 |
НРС05 | 0,24 | 0,28 | 0,31 | |||
Уфимско-Сылвенский АР южной тайги, 1983-2005 гг. | ||||||
Общепринятая - контроль | 10,78 | 1,54 | 2,69 | 2,67 | - | - |
Глубокая | 11,76 | 1,68 | 2,94 | 2,53 | -0,14 | 5 |
Плужно-плоскорезная | 12,04 | 1,72 | 3,01 | 2,90 | 0,23 | 9 |
Плужно-поверхностная | 12,67 | 1,81 | 3,17 | 3,07 | 0,40 | 15 |
Чизельно-поверхностная | 12,95 | 1,85 | 3,24 | 3,05 | 0,38 | 14 |
Поверхностная | 10,64 | 1,52 | 2,66 | 2,49 | -0,18 | 7 |
НРС05 | 0,28 | 0,25 | 0,28 | |||
Уфимско-Сылвенский подтаежный АР, 1988-1995 гг. | ||||||
Общепринятая Ц контроль | 10,06 | 1,44 | 2,51 | 2,32 | - | - |
Чизельная | 11,76 | 1,68 | 2,94 | 2,67 | 0,35 | 15 |
Плоскорезная | 10,67 | 1,52 | 2,67 | 2,42 | 0,10 | 4 |
Чизельно-поверхностная | 11,20 | 1,60 | 2,80 | 2,55 | 0,23 | 10 |
Поверхностная | 8,62 | 1,18 | 2,15 | 1,97 | -0,35 | 15 |
НСР05 | 0,24 | 0,20 | ||||
Углубление пахотного слоя дерново-мелкоподзолистой почвы двухъярусным плугом с внесением органических удобрений в нижний слой пахотного горизонта способствовало повышению водопроницаемости, аэрации и снижению уплотнения в корнеобитаемом слое, что положительно сказалось на формировании урожайности всех культур севооборота. Наиболее высокая отзывчивость на углубление пахотного слоя отмечена у озимой ржи и клевера, прибавка урожая составила 0.80 и 0.77 т/га по сравнению с контролем.
Углубление пахотного слоя обеспечило самый высокий сбор зерна за ротацию севооборота 10.58 т/га и продуктивность зерновых культур и клевера, которая составила 2.78 тыс.к.ед/га, что на 33% выше по сравнению с контролем. В благоприятном по метеорологическим условиям 1989 году продуктивность озимой ржи в этом варианте составила 5.27, яровой пшеницы - 4.06 тыс.к.ед/га, на контроле - 3.83 тыс.к.ед/га.
В вариантах с плужно-поверхностной и плужно-плоскорезной системами обработки почвы продуктивность культур полевого севооборота сформировалась на уровне контроля 1.99-2.02 тыс.к.ед/га. При переходе на безотвальное рыхление отмечена тенденция снижения продуктивности севооборота.
В варианте с поверхностной обработкой почвы отмечено снижение сбора зерна, урожайности зерновых культур и клевера, продуктивности севооборота, что обусловлено уплотнением почвы и сильной засоренностью посевов. Коэффициент корреляции зависимости урожайности сельскохозяйственных культур от засоренности посевов находятся в пределах r = -0.47-0.82.
В Уфимско-Сылвенском АР южной тайги, обеспеченным теплом, выделились комбинированные системы обработки почвы плужно-повер-хностная, чизельно-поверхностная и плужно-плоскорезная, которые являются влагосберегающими, коэффициент корреляции между содержанием влаги в почве и урожайностью зерновых культур колебался в пределах r = 0.42-0.56.
Наиболее высокая урожайность зерновых культур 3.24 т/га и сбор зерна 12.95 т/га отмечены в варианте с чизельно-поверхностной обработкой почвы. Чизельно-поверхностная система обработки почвы способствует формированию агрономически ценной водопрочной макро- и микроструктуры, что положительно сказалось на росте и развитии сельскохозяйственных культур. Установлена прямая корреляционная зависимость между урожайностью зерновых культур и оструктуренностью почвы, коэффициент корреляции r = 0.86, У = 61.1 + 11.6х1 + 2.29х2 (где у - урожайность; х1 - содержание физической глины; х2 - содержание ила).
Положительные коэффициенты парной корреляции между содержанием агрономически ценной фракцией и урожайностью зерновых культур находятся в пределах r = 0.69-0.92, клевера - r = 0.46-0.75.
Насколько количественно содержание агрономически ценной фракции и водопрочных агрегатов влияет на урожайность зерновых культур, свидетельствуют линейные уравнения регрессий:
яровые зерновые культуры - У = 7.72 + 4.47х1 + 2.15х2 , r = 0.89
клевер - У = 6.15 + 3.14х1 + 1.72х2 , r = 0.72
(х1 - агрономически ценная макроструктура, х2 - водопрочная структура)
Плужно-плоскорезная и плужно-поверхностная системы обработки почвы несущественно уступали чизельно-поверхностной по сбору зерна и урожайности зерновых культур.
Наиболее высокая продуктивность полевого семипольного севооборота 3.05-3.07 тыс.к.ед/га отмечена в вариантах с чизельно-поверхностной и плужно-поверхностной системами обработки, что на 15% выше по сравнению с контролем. Положительное влияние этих систем обработки почвы обусловлено созданием наиболее благоприятных агрофизических свойств почвы, повышенной биологической активностью микробоценозов, снижением засоренности посевов.
Наиболее низкая продуктивность севооборота 2.49 тыс.к.ед/га, что на 7% ниже по сравнению с контролем, отмечена при чередовании отвальной вспашки с фрезерной обработкой. В Уфимско-Сылвенском подтаежном АР ограничивающим фактором формирования урожайности сельскохозяйственных культур является содержание влаги в почве, поэтому влагосберегающие безотвальные обработки почвы чизельно-плоскорезная, чизельно-поверхностная имели преимущество перед отвальной вспашкой, урожайность зерновых культур в этих вариантах была на 0.16-0.49 т/га выше по сравнению с контролем - отвальной вспашкой. Лучшая влагообеспеченность растений была обусловлена за счет накопления агрономически ценной водопрочной структуры почвы.(У=56+3.68х1+ +18.7х2, r = 0.92 , где - х1 - влажность, х2 Цводопрочная структура).
Наиболее высокая урожайность зерновых культур 2.94 т/га и сбор зерна за ротацию севооборота 11.76 т/га были отмечены в варианте с чизельно-поверхностной обработкой почвы, которая обеспечила накопление агрономически ценной водопрочной структуры:
Ежегодная поверхностная обработка почвы в течение ротации севооборота способствовала уплотнению почвы, повышению засоренности посевов, что отрицательно сказалось на формировании урожайности сельскохозяйственных культур.
Зависимость продуктивности от структурно-агрегатного состава почвы выразилась уравнениями регрессии:
У = 10.6 + 11х1 + 27.54х2 , r = 0.921
(х1 Цагрономически ценные агрегаты, х2 Цводопрочная структура).
Наиболее высокая продуктивность севооборота 2.67 тыс.к.ед/га отмечена в варианте с чизельной обработкой почвы, что на 0.35 тыс.к.ед. (15%) выше по сравнению с контролем. Чередование чизельной и поверхностной обработок почвы несущественно уступало этому варианту, но превосходило по продуктивности на 0.23 тыс.к.ед/га (10%) контрольный вариант.
Таким образом, различные системы обработки почвы, в зависимости от ландшафтных условий имеют разную эффективность. В Вятско-Камском АР южной тайги выделились интенсивные обработки почвы - глубокая и обычная отвальная вспашки, в Уфимско-Сылвенском АР южной тайги - комбинированные системы обработки почвы (плужно-поверхностная, чизельно-поверхностная, плужно-плоскорезная), в Уфимско-Сылвенском подтаежном АР - чизельное рыхление.
6.4 Экономическая и энергетическая эффективность
различных систем обработки почвы
Анализ структуры затрат при производстве зерна показывает, что наиболее высокая доля их приходится на обработку почвы - 28%, которая из всего комплекса полевых работ является наиболее энергозатратной. В структуре затрат преобладают невозобновляемые энергоресурсы (горючее, удобрения, электроэнергия), которые составляют более 70%. Углубление пахотного слоя и чередование отвальной вспашки с фрезерной обработкой обеспечивают повышение затрат на производство продукции, что обусловлено увеличением расхода топлива и эксплуатационных издержек, а также снижением производительности труда. Высокая окупаемость затрат 2.92 руб/руб. отмечена в варианте с чизельно-поверхностной обработкой почвы (таблица 10). При сравнительной оценке разных систем обработки почвы, наряду с себестоимостью продукции и окупаемостью затрат, важными критериями являются показатели, характеризующие затраты энергии.
По суммарному количеству энергозатрат на выращивание изучаемых культур полевого севооборота при разных системах обработки почвы разница небольшая - 2-5%, за исключением чизельно-поверхностной обработки, на которой она была ниже на 11% по сравнению с контролем.
С углублением вспашки возрастают энергозатраты в основном из-за увеличения расхода топлива, однако, при этом повышается продуктивность севооборота, поэтому энергоемкость единицы продукции в этом варианте на 241 МДж/т ниже по сравнению с общепринятой системой обработки почвы.
Таблица 10 - Сравнительная оценка энергетических затрат при разных
системах обработки почвы
Варианты (системы обработки почвы) | Стоимость продукции, руб/га | Себестои-мость, к.ед./руб | Окупа-емость затрат, руб/руб | Всего энерго-затрат, МДж/га | Коэффициенты | |
энерго-емкости | энерге-тической эффек-тивности | |||||
Общепринятая (контроль) | 6673 | 1095 | 2,29 | 21351,7 | 1,0 | 2,42 |
Глубокая | 6325 | 1186 | 2,11 | 21891,6 | 1,1 | 2,75 |
Плужно- плоскорезная | 7250 | 974 | 2,57 | 20529,1 | 0,9 | 2,75 |
Плужно- поверхностная | 7675 | 895 | 2,79 | 20205,6 | 0,9 | 3,01 |
Чизельно- поверхностная | 7625 | 857 | 2,92 | 18922,0 | 0,7 | 3,31 |
Плужно-фрезерная | 6225 | 1215 | 2,06 | 22110,7 | 1,2 | 2,28 |
Ресурсосберегающие системы обработки почвы, предусматривающие замену вспашки плоскорезной или поверхностной обработкой 3 раза в течение ротации севооборота, были энергетически более эффективны, по сравнению с ежегодной отвальной вспашкой, проводимой на глубину пахотного слоя, коэффициент энергетической эффективности увеличился на 0.33-0.59, коэффициент энергоемкости уменьшился на 0.1.
Наиболее высокой энергетической эффективностью по всем показателям выделилась чизельно-поверхностная система обработки почвы, что объясняется не только экономией энергии на 2429.6 МДж/га, но и увеличением валового выхода энергии на 11078 МДж/га.
Таким образом, ресурсосберегающие системы обработки почвы, базирующиеся на чередовании отвальной и безотвальной обработок и безотвальным разноглубинным рыхлением обеспечивают снижение энергетических затрат, себестоимости продукции, увеличению продукции в энергетическом эквиваленте, окупаемости затрат и коэффициенту энергетической эффективности.
Выводы
- Для экологически безопасной организации сельскохозяйственного производства с учетом природно-экономических условий и ландшафтной структуры на территории Пермского края выделено 5 агроэкологических разделов: Вятско-Камский средней тайги, Вятско-Камский южной тайги, Вятско-Камский подтаежный, Уфимско-Сылвенский южной тайги, Уфимско-Сылвенский подтаежный, которые состоят из: опольных, полесских и пойменных.
2. Основные причины экологической неустойчивости ландшафтов, обусловлены неблагоприятными климатическими условиями, низким плодородием, наиболее распространенных дерново-подзолистых почв, развитием эрозионных процессов, высокой распаханностью территории. По мере увеличения антропогенной нагрузки на опольный ландшафт, которая усиливается с севера на юг, происходит трансформация внутренней структуры изучаемой агроэкосистемы в сторону снижения ее устойчивости вследствие активизации эрозионных процессов. В северной части опольного ландшафта Предуралья наиболее сильным и универсальным фактором, определяющим характер произрастания большого спектра культур, является сумма эффективных температур, в центральной и южной - геохимические, литогенные условия, показатели плодородия почвы.
3. Ландшафтная неоднородность геохимического состояния моренно-эрозионной равнины (опольный ландшафт), обусловленная рельефом, определяет характер водно-физических, агрохимических, биологических свойств почвы, которые улучшаются от водораздела к ложбине. В направлении межхолмной депрессии, вниз по катене увеличивается содержание агрономически ценной фракции с 33.8 до 34.5, водопрочной структуры, подвижного фосфора и калия, легкогидролизуемого азота, гумуса, повышается биологическая активность.
4. Гумусное состояние почвенного покрова обусловлено направленностью вещественно-энергетических потоков и литерального стока на склоновых территориях. Наиболее высокое содержание общего гумуса 3.42-3.62%, гуминовых кислот 35.30-35.83% и улучшение соотношения гуминовых и фульвокислот Сгк : Сфк с 0.65 до 0.87 отмечено в аккумулятивном ландшафте.
5. Лучшая обеспеченность элементами питания в аккумулятивном ландшафте способствовала формированию наиболее высокой урожайности зерновых культур 3.14-4.19 т/га. Максимальная урожайность картофеля 27.7 т/га получена в элювиальном ландшафте, так как эта культура в большей степени реагировала на теплообеспеченность почвы, чем на содержание питательных веществ.
6. Нерациональное использование пашни без внесения удобрений способствовало развитию деградационных процессов в дерново-мелко-подзолистой почве, которые проявились в ухудшении показателей поглощающего комплекса, увеличении гидролитической кислотности на 0.2-0.3 мг-экв/100 г, снижении суммы обменных оснований, обеднении пахотного слоя подвижными формами фосфора и калия на 19 и 26 мг/кг, гумусом на 0.14%. В биологизированном севообороте деградационные процессы протекают менее интенсивно, по сравнению с типичным.
7. Стабилизацию почвенного плодородия на исходном уровне в типичном севообороте обеспечивает внесение навоза 60 т/га в сочетании с NPK по 60 кг д.в. на гектар, в биологизированном - 40 т/га навоза и NPK 60 кг д.в/га. Органо-минеральная система удобрения обеспечивает не только формирование положительного баланса гумуса, но и улучшение его качества: увеличивается фракция свободных и рыхлосвязанных гуминовых кислот, расширяется соотношение Сгк : Сфк с 0.54 до 0.73.
8..В биологизированном севообороте за счет запашки сидеральной культуры и корнестерневых остатков в почву поступает 242.7 кг/га азота, 137,1 кг/га - фосфора, 321.3 кг/га - калия, что на 11, 9 и 14% соответственно выше по сравнению с типичным севооборотом.
9. Урожайность сельскохозяйственных культур в условиях Предуралья в значительной степени определялись гидротермическими условиями, складывающимися в период вегетации растений.
Наиболее высокая урожайность зерновых культур 3.0 т/га, выход зерна 1.93 т/га и продуктивность - 3.19 тыс.к.ед. получены в биологизированном севообороте при внесении навоза 60 т/га и NPK - 60 кг д.в.
10. По комплексной оценке выделился вариант с запашкой сидерата внесением навоза 40 т/га и NPK по 60 кг д.в., обеспечивший формирование продуктивности 3.14 тыс.к.ед/га, сбор зерна - 2.0 т/га, урожайность зерновых - 3.0 т/га, энергетический коэффициент 2.59 и положительный баланс гумуса.
11. Выявлена высокая структурообразующая роль безотвального рыхления (чизельное, поверхностное) и чередование его с отвальной вспашкой (плужно-плоскорезная, плужно-поверхностная, чизельно-поверхностная системы обработки почвы). Эти приемы обработки повышают в дерново-мелкоподзолистой среднесуглинистой почве содержание агрономически ценной макроструктуры на 30-45%, микроструктуры 4Ц8%, фактор структурности на 14-31% к первоначальному уровню, в оподзоленном черноземе - макроструктуры на 5-10 %, водопрочных агрегатов 5-10 %, коэффициент структурности Ц 28-71%.
12. При проведении ежегодной отвальной вспашки в течение 21 года отмечена тенденция снижения содержания гумуса на 0.34%. Замена ежегодной отвальной вспашки 3 раза в течение ротации на плоскорезную и поверхностную обработку, а также на разноглубинное безотвальное рыхление (чизельно-поверхностная обработка почвы способствует снижению фактора минерализации с 1.46 до 1.02, повышению гуминовых кислот на 5.5%, расширению соотношения Сгк : Сфк с 0.70 до 0.82.
13. Постоянная безотвальная обработка усиливает засоренность посевов, количество малолетних сорняков увеличивается на 15-32%, многолетних - 15-20%, потенциальная засоренность - на 28-33%.
14. На основании комплексной оценке в Вятско-Камском АР южной тайги наиболее оптимальна глубокая система обработки почвы, базирующаяся на углублении пахотного слоя. В Уфимско-Сылвенском АР южной тайги - комбинированные системы обработки почвы: плужно-поверхностная, плужно-плоскорезная, чизельно-поверхностная; в Уфимско-Сылвенском подтаежном АР чизельная обработка, обеспечивающая накопление влаги.
15. Учет комплексного воздействия ландшафтных условий, культур севооборота, обработки почвы и удобрений позволяет сформировать биологический принцип формирования устойчивости агроэкосистемы, экологическими индикаторами которого являются растения , водно-физические свойства и показатели плодородия почвы, а критериями - количество пожнивно-корневых остатков, баланс гумуса и элементов питания, структурность почвы, урожайность сельскохозяйственных культур.
16. Агроэкологическая концепция формирования устойчивости агроэкосистемы предусматривает максимальное использование биологического потенциала растений и ландшафтных условий, ресурсосберегающую почвозащитную обработку почвы (плужно-поверхностную, плужно-плоскорезную, чизельно-поверхностную) биологизированные зернотравяные севообороты с включением сидерального пара и многолетних бобовых трав, органо-минеральную систему удобрения в умеренных дозах (навоз не менее 5 т/га и NPK 60 кг д.в./га), запашку соломы и пожнивно-корневых остатков. Результатами исследований установлено, что мероприятия обеспечивают продук-тивность пашни выше 3 тыс. к.ед./га и положительные балансы вещественно-энергетических потоков, сохранение плодородия и предотвращение деградации почвы.
Предложения производству
Для повышения эффективности сельскохозяйственного производства и устойчивого функционирования агроэкосистем Северо-Восточной части Нечерноземной зоны России предлагаются следующие мероприятия:
- Использование сельскохозяйственных угодий в режиме адаптивно-ландшафтного земледелия. Главным принципом которого является выбор местоположений в ландшафте, наиболее благоприятных для выращивания конкретных культур и жесткая адресная привязка мероприятий по их возделыванию.
- Совершенствование севооборотов в направлении биологизации: введения сидеральных паров, многолетних бобовых трав не менее 2-х полей, запашки соломы, корневых и пожнивных остатков, обеспечивающих продуктивность пашни не менее 3 тыс.к.ед./га, положительные балансы гумуса, азота, фосфора и калия и оптимальное соотношение между приходной и расходной частью энергетических потоков в агрофитоценозах.
- Для создания оптимальных агрофизических свойств почвы, снижения интенсивности минерализации органического вещества и повышения продуктивности агрофитоценозов в Вятско-Камском АР южной тайги проводить интенсивную обработку почвы, базирующуюся на углублении пахотного слоя, в Уфимско-Сылвенском АР южной тайги - комбинированные системы (плужно-поверхностную, чизельно-поверхностную, плужно-поверх-ностную, плужно-плоскорезную), в Уфимско-Сылвенском подтаежном АР - на оподзоленном черноземе и почвах, близких к нему по морфологическим и генетическим показателям - чизельную и чизельно-поверхностную.
Список работ,
опубликованных по теме диссертации
- Косолапова А.И. Приемы обработки почвы и севообороты в интенсивном земледелии // Сельскохозяйственная наука Урала - производству. Свердловск. 1986. с. 6 - 7.
- Косолапова А.И. Влияние предпосевной обработки почвы на урожайность яровых зерновых культур // Изменение и регулирование почвенного плодородия в условиях интенсификации земледелия: Сборник научных трудов. Пермь. 1988. Т.10. С. 48-53.
- Косолапова А.И. Сравнительная оценка различных систем обработки почвы с эффективным применением удобрений в севообороте. Материалы научно-практической конференции. Пермь. 1988. С.43.
4. Косолапова А.И. Изменение агрофизических свойств почвы под влиянием систем обработки почвы // Научные основы расширенного воспроизводства почвенного плодородия и рационального использования минеральных удобрений. Сборник научных трудов. Пермь. 1990. Т.11. С.57-66.
5. Зиганьшина Ф.М., Попова С.И., Косолапова А.И. Приемы повышения и регулирования плодородия черноземных почв Предуралья //Проблемы Уральских черноземов: Сборник научных трудов. Челябинск. 1993. С.15-21.
6. Косолапова А.И. Предпосевная обработка почвы // Организационно-агротехнические особенности проведения полевых работ в агропромышленном комплексе Пермской области в 1998 г. Рекомендации. Пермь. 1998. С.19-28.
7. Пискунов А.С., Косолапова А.И., Лейних П.А. Влияние агротехнических приемов на агрохимические свойства дерново-подзолистой почвы //Сборник научных трудов: ПГСХА. Пермь. 2001. Вып. 6. С- 58-61.
8. Косолапова А.И., Ямалтдинова В.Р. Система комплексного использования органических удобрений, обеспечивающая бездефицитный баланс гумуса. Рекомендации. Пермь. 2001. 6 с.
9. Бугреев В.А., Косолапова А.И. Пути повышения органического вещества в дерново-подзолистой почве Предуралья //Органическое вещество. Отчет координационного Совета о НИР за 2001. Владимир. 2001. С. 58-60.
10. Косолапова А.И. Пути повышения плодородия дерново-подзолистой почвы Предуралья // Проблемы воспроизводства плодородия почвы при адаптивной интенсификации сельскохозяйственного производства Евро-Северо-Востока России. Материалы научно-практической конференции. Киров. 2002. С. 23-24.
11. Косолапова А.И. Комплекс приемов повышения плодородия оподзоленных черноземов в Пермской области//Сборник научных трудов УРО РАН. Пермь. 2002. вып. 1. С. 46-47.
12. Бугреев В.А., Косолапова А.И. Пути повышения органического вещества в дерново-подзолистой почве Предуралья //Сборник материалов Международной научно-практической конференции, посвященной 20-летию ВНИПТИОУ. Владимир. 2002. С. 42-44.
13. Косолапова А.И. Энергосберегающая система обработки почвы //Сборник научных трудов УРО РАН. Пермь. 2003. вып. 2. С. 56-57.
14. Завьялова Н.Е., Косолапова А.И., Митрофанова Е.М., Ямалтдинова В.Р. Гумус и механический состав известкованной дерново-подзолистой почвы // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2004. № 5. С. 66-74.
15. Завьялова Н.Е., Косолапова А.И., Соснина И.Д. Гумусное состояние и азотный фонд дерново-подзолистой почвы Предуралья в условиях интенсивного землепользования //Агрохимия. 2004. № 9. С. 21-25.
16. Завьялова Н.Е., Косолапова А.И., Ямалтдинова В.Р. Изменение основных агрохимических параметров плодородия дерново-подзолистой почвы под влиянием длительного применения систем удобрения //Доклады РАСХН. 2004. № 3. С. 75-76.
17. Завьялова Н.Е., Косолапова А.И., Соснина И.Д. Влияние интенсивности использования пашни на гумусное состояние дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы //Агроэкологические функции органического вещества почв и использование органических удобрений и биоресурсов в ландшафтном земледелии: Тезисы докладов Международной научно-практической конференции. - М. 2004. С. 226-231.
18. Косолапова А.И., Завьялова Н.Е., Митрофанова Е.М. Значение известкования и минеральных удобрений для сохранения плодородия дерново-подзолистой почвы и продуктивности севооборота //Доклады РАСХН. 2005. № 2. С. 21-32.
19. Завьялова Н.Е., Косолапова А.И., Митрофанова Е.М. Влияние извести на показатели плодородия дерново-подзолистой почвы //Плодородие. 2005. № 1. С. 26-28.
20. Завьялова Н.Е., Косолапова А.И., Ямалтдинова В.Р. Влияние длительного применения органических и минеральных удобрений на трансформацию органического вещества дерново-подзолистой почвы //Агрохимия. 2005. № 6. С. 5-10.
21. Завьялова Н.Е., Косолапова А.И., Ямалтдинова В.Р. Трансформация органического вещества почвы и удобрений в севообороте в зависимости от вида пара //Гуминовые вещества в биосфере: Материалы III Всероссийской конференции. Санкт-Петербург. 2005. С. 135-136.
22. Завьялова Н.Е., Косолапова А.И., Ямалтдинова В.Р. Влияние длительного применения систем удобрения на гумусное состояние дерново-подзолистых почв Предуралья //Гуминовые вещества в биосфере. Материалы III Всероссийской конференции. Санкт-Петербург. 2005. С. 133-135.
23. Косолапова А.И. Основные принципы создания адаптивно-ландшафтной системы земледелия для природно-экономических условий Пермского края //Совершенствование системы земледелия Уральского региона. Материалы координационного Совета по разработке и внедрению адаптивно-ландшафтных систем земледелия. Екатеринбург. 2004. С. 17-23.
24. Завьялова Н.Е., Косолапова А.И., Митрофанова Е.М. Изменение агрохимических свойств дерново-подзолистой почвы по профилю под влиянием длительного применения минеральных удобрений и известкования //Совершенствование системы земледелия Уральского региона. Материалы координационного Совета по разработке и внедрению адаптивно-ландшафтных систем земледелия. Екатеринбург. 2005. С. 80-85.
25. Завьялова Н.Е., Косолапова А.И., Ямалтдинова В.Р. Влияние вида пара и органических удобрений на воспроизводство органического вещества дерново-подзолистой почвы //Основные итоги и приоритеты научного обеспечения АПК Евро-Северо-Востока. Тезисы докладов Международной научно-практической конференции. Киров. 2005. С. 284-288.
26. Косолапова А.И. Изменение показателей плодородия дерново-подзолистой почвы и оподзоленного чернозема при прекращении антропогенного воздействия //Основные итоги и приоритеты научного обеспечения АПК Евро-Северо-Востока: Мат. Международной научно-практической конференции. Киров. 2005. С. 215-218.
27. Завьялова Н.Е., Косолапова А.И., Митрофанова Е.М. Влияние длительного применения минеральных удобрений и известкования на распределение биогенных элементов и гумуса по профилю дерново-подзолистой почвы //Агроэкологическая эффективность применения средств химизации в современных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур: Тезисы докладов на Международной научной конференции. М. 2005. С. 47-50.
28. Завьялова Н.Е., Косолапова А.И., Ямалтдинова В.Р. Биологические показатели плодородия дерново-подзолистой почвы при длительном применении удобрений // Совершенствование организации и методологии, агрохимических исследований в географической сети опытов с удобрениями. Материалы Всероссийской научно-методической конференции. М. 2006. С. 116-120.
29. Косолапова А.И., Завьялова Н.Е., Ямалтдинова В.Р. Влияние длительного применения органических и минеральных удобрений на продуктивность культур полевого севооборота и баланс элементов питания // Совершенствование организаций и методологии агрохимических исследований в географической сети опытов с удобрениями. Материалы Всероссийской научно-методической конференции. М. 2006. С. 50-52.
30. Завьялова Н.Е., Косолапова А.И. Гетерогенность органического вещества дерново-подзолистой почвы //Агрохимические приемы повышения плодородия почв и продуктивность сельскохозяйственных культур в адаптивно-ландшафтных системах земледелия. Тезисы докладов Международной научной конференции. М. 2006. С. 35-37.
31. Косолапова А.И., Завьялова Н.Е. Приемы повышения устойчивого развития агроландшафтов Предуралья //Агрохимические приемы повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур в адаптивно-ландшафтных системах земледелия: Материалы Международной научной конференции. М. 2006. С. 314-316.
32. Косолапова А.И. Энергосберегающая почвозащитная система обработки почвы в полевом севообороте для условий адаптивно-ландшафтного земледелия. Рекомендации. Пермь. 2005. Вып. 3. 24 с.
33. Косолапова А.И. Изменения показателей плодородия дерново-подзолистой почвы в зависимости от системы обработки почвы //Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2006. № 8. С. 80-83.
34. Завьялова Н.Е., Косолапова А.И., Митрофанова Е.М. Агроэкологические аспекты применения нетрадиционных видов органических удобрений //Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2006. № 8. С. 101-105.
35. Косолапова А.И. Типовые модели систем адаптивно-ландшафтного земледелия для агроландшафтных условий Пермского края, обеспечивающие повышение продуктивности земель на 10-15% и охрану окружающей среды. Рекомендации. Пермь. 2006. 39 с.
36. Волошин В.А., Косолапова А.И. Научные исследования по вопросам сохранения плодородия почвы в условиях Предуралья //Достижения науки и техники АПК. 2006. № 3. С. 21-22.
37. Косолапова А.И. Агроэкологические основы создания адаптивно-ландшафтной системы земледелия для природно-экономических условий Пермского края //Сборник научных трудов ПГСХА.
38. Косолапова А.И., Завьялова Н.Е. Агроэкологические аспекты адаптивно-ландшафтного земледелия и органическое вещество пахотных почв. Пермь. Изд-во Пермского НИИСХ. 2006. 190 с.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по сельскому хозяйству