Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по биологии
На правах рукописи
Вихман Михаил Иванович
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОДУКТИВНЫХ И УСТОЙЧИВЫХ АГРОСИСТЕМ НА КОЛЬСКОМ СЕВЕРЕ
03.02.08 - экология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени доктора
биологических наук
Петрозаводск - 2011
Работа выполнена в Федеральном государственном учреждении Государственной станции агрохимической службы Мурманская, на кафедре экологии и биологии Кольского филиала Петрозаводского государственного университета и в филиале ГНУ ГН - РФ ВИР Полярная опытная станция.
Научный консультант доктор биологических наук
Кислых Евгений Евгеньевич
Официальные оппоненты член-корреспондент РАН, доктор биологичеких наук,
профессор Титов Александр Фёдорович
доктор сельскохозяйственных наук
Федорец Наталья Глебовна
доктор биологических наук , профессор
Аканова Наталья Ивановна
Ведущее учреждение Российский государственный аграрный университет - МСХА
им. К.А. Тимирязева.
Защита диссертации состоится 12 января 2011 г. в 14 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.190.01 при Петрозаводском государственном университете по адресу: 185910, Республика Карелия, г. Петрозаводск, пр. Ленина, 33, ауд. 326 теоретического корпуса.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПетрГУ
Автореферат разослан л 2010 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
кандидат биологических наук Дзюбук И.М.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. По своей специфике сельскохозяйственное производство не может быть сосредоточено на ограниченной территории, а должно размещаться на значительных пространствах. Для такой страны, как Россия, расположенной в нескольких природно-климатических зонах, это связано не только с продовольственной, но и с экологической безопасностью - при техногенных авариях и катастрофах важна именно рассредоточенность сельскохозяйственных земельных угодий. Особую важность северные территории приобретают при глобальных изменениях климата, проявляющихся периодическими аномальными засухами в южных и центральных регионах европейской части нашей страны. В связи с этим, особое значение для России представляет потенциал этих земель, который до настоящего времени изучен недостаточно хорошо.
Земли сельскохозяйственного назначения относятся к числу важнейших условий существования человечества. Наряду с изучением отдельных свойств почв и природных комплексов все более насущным становится исследование общих закономерностей функционирования почвы не только как средства производства, но и как незаменимого природного ресурса, а также разработка научных методов организации территории для дальнейшего сельскохозяйственного использования, в частности, получения высоких и качественных урожаев кормовых растений. В связи с распадом СССР и образованием ряда самостоятельных государств, для страны были утрачены большие площади плодородных земель, расположенных в южных регионах. Земледелие России приобрело более северный характер, в связи с чем возросло значение сельскохозяйственных угодий, расположенных в высоких широтах. Система применения удобрений в экстремальных условиях Крайнего Севера должна предусматривать получение требуемого уровня урожайности сельскохозяйственных культур высокого качества, сохранение и повышение плодородия почв, а также охрану окружающей среды от загрязнения. Необходимой предпосылкой этого является изучение закономерностей действия удобрений на величину и качество урожая, устойчивость растений к экстремальным условиям произрастания, оптимизация применения удобрений в зависимости от почвенных и климатических условий.
В условиях наступающего техногенного кризиса заметную роль играет и формирование благоприятной городской среды. Для восстановления экологического равновесия между застроенной и природной средами в черте городов необходима экологизация урбанизированных территорий, включающая реконструкцию мест расселения и реставрацию нарушенных ландшафтов. Важнейшей составляющей частью таких ландшафтов являются городские почвы, изучению которых посвящена одна из глав. Исследование качественного состояния урбаноземов, как одной из составных частей окружающей нас природной среды, их оценка для целей озеленения и улучшения здоровья населения является актуальным направлением городской экологии.
С начала XXI века в России и, особенно, в её европейской части происходит переориентация экономических и политических интересов в направлении Европейского севера и, в частности, Арктики, так как именно в северных регионах страны сосредоточена основная часть ее природных богатств. Сохранение и защита этого достояния, рациональное использование всех природных ресурсов, в том числе и земельных, должны рассматриваться как важнейший фактор развития и сохранения суверенитета страны и ее продовольственной безопасности.
Целью исследований было выявление закономерностей формирования продуктивных и устойчивых агроэкосистем в условиях Крайнего Севера.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
- Изучить влияние удобрений и известкования на динамику агрохимических свойств подзолистых и торфяных почв по результатам многолетнего мониторинга;
- Выявить влияние агрохимических средств на количественные и качественные показатели выращиваемых кормовых трав;
- Определить устойчивость основных сельскохозяйственных культур к экстремальным условиям произрастания;
- Дать агроэкологическую характеристику городских почв заполярных городов для целей ландшафтного проектирования;
- Оценить земельные ресурсы Мурманской области и перспективы освоения новых земель для сельского хозяйства.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Длительное применение агроэкологически рациональных доз удобрений и мелиорантов приводит к положительным изменениям агрохимических свойств окультуренных подзолистых и торфяных почв.
2. При сбалансированном режиме питания растений наблюдается существенный рост урожайности кормовых культур и улучшение их качества по таким показателям, как содержание сухого вещества, сырого протеина, сырой золы, органического фосфора и сырой клетчатки.
3. Экологическая устойчивость кормовых трав в условиях Крайнего Севера эффективно регулируется за счет агротехнических и агрохимических средств.
4. Урбанозёмы заполярных городов имеют невысокое содержание макроэлементов и большинства микроэлементов. Естественный радиоактивный фон почв соответствует нормативным показателям, они не подвергались загрязнению техногенными радионуклидами. Для реализации озеленительного этапа ландшафтного проектирования этих почв обязательным является проведение комплекса стандартных агротехнических мероприятий - известкования, внесения органических и минеральных удобрений.
5. Ухудшение современного состояния земельного фонда в Мурманской области обусловливает необходимость освоения новых сельскохозяйственных угодий. По результатам многолетнего агрохимического мониторинга в сочетании с применением ГИС-технологий предложены варианты сельскохозяйственного освоения перспективных территорий в юго-западной части Мурманской области.
Научная новизна. Впервые в условиях Мурманской области проведена комплексная агроэкологическая оценка динамики кислотности, содержания гумуса и основных питательных веществ в пахотных почвах при длительном применении минеральных и органических удобрений.
В многолетнем цикле исследований подтверждена незаменимая роль минеральных и органических удобрений для получения высоких и устойчивых урожаев злаковых трав. На основе корреляционно-регрессионного анализа выявлены связи урожайности зеленой массы кормовых трав с дозами азотных, фосфорных и калийных удобрений. Построены ранжированные ряды влияния различных удобрений на качественные показатели кормовых культур.
Впервые дана оценка агроэкологического состояния почв ряда городов Мурманской области и показаны пути поддержания их плодородия.
С использованием материалов дистанционного зондирования Земли и программных продуктов геоинформационных систем предложены перспективные участки для сельскохозяйственного освоения на Кольском Севере.
Практическая значимость и реализация исследований. Полученные данные являются теоретической и практической базой для разработки и рационального использования земельных ресурсов в условиях Заполярья. Они составляют основу для применения оптимальных доз органических и минеральных удобрений на почвах различного генезиса, для разработки динамических (имитационных) моделей продукционного процесса и программирования урожаев кормовых трав. Результаты исследований нашли свое отражение в учебном процессе по таким дисциплинам как геоэкология, агроэкология и почвоведение, а также при проведении летних учебных практик в Кольском филиале Петрозаводского государственного университета.
Апробация работы. Основные материалы и положения диссертационной работы докладывались на международных и всероссийских конференциях, в том числе: в рамках Баренц-арктического региона (2001 г. в г. Апатиты); Международных конференциях по производству фуража и его рациональному использованию в странах Северной Европы (2002 г., Норвегия, Финляндия); Развитие луговодства кормовых трав в рамках Баренц-Агрофорум (2002 г., Швеция); Международная конференция, посвящённая 80-летию Полярной опытной станции ВИРа, Теоретические и практические аспекты адаптивности растительных ресурсов в условиях Мурманской области (2003 г., г. Апатиты); Растениеводство на Европейском севере: состояние и перспективы конференция посвящённая 50-летию кафедры агрономии и почвоведения ПетрГУ (2004 г., г. Петрозаводск); Структурно-функциональные особенности биосистем севера конференция, посвящённая 65-и летию ПетрГУ и Эколого-биологического факультета (2005 г., г. Петрозаводск); Агрохимические приёмы повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур в адаптивно-ландшафтных системах земледелия (2006 г., г. Москва); Агрохимические приёмы рационального применения средств химизации, как основа повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур (2007 г., ВНИИА, г. Москва); V Международной научно-практической конференции, Архангельск, Поморский университет, 2007 г.; на Всероссийской конференции с международным участием Фундаментальные достижения в почвоведении, экологии, с/х на пути к инновациям, Москва, МГУ, 2008 г.; Применение средств химизации в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур (2010 г., ВНИИА, г. Москва); на ежегодных семинарах-совещаниях, посвящённых земледелию и кормопроизводству на Кольском севере и в Баренц-регионе.
Публикации. По материалам исследований опубликовано 53 работы, в том числе 2 монографии, одно учебное пособие, 15 статей в изданиях, рекомендованных ВАК. По результатам конкурса Агрохимик года по работам, опубликованным в рецензируемом научно-практическом журнале Агрохимический вестник рекомендованном ВАК, в 2009 году соискатель признан лауреатом в номинации Автор года за цикл опубликованных статей.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 310 страницах и состоит из введения, 6 глав, выводов и списка литературы, который включает 596 наименований, в том числе 56 на иностранных я зыках. Работа содержит 52 таблиц, 20 рисунков, 20 приложений.
Благодарности. В основу диссертационной работы положены результаты многолетних исследований, проведенных автором в ФГУ государственной станции агрохимической службы Мурманская. В диссертации использованы также результаты экспериментов, проведенных совместно с сотрудниками Кольского научного центра РАН д.б.н. В.И.Костюком, к.т.н. Н.А.Мельник и преподавателями Кольского филиала Петрозаводского государственного университета д.б.н. Е.Е.Кислых и к.б.н. Л.А.Лисеенко. Всем им и коллегам по агрохимической службе выражаю свою искреннюю благодарность.
Объекты, методы и условия проведения исследований
Исследования проводили в многолетних стационарных полевых опытах преимущественно на альфегумусовых подзолах разной степени окультуренности экспериментального участка Полярно-альпийского ботанического сада-института Кольского филиала АН СССР (с 1990 г. - Кольского научного центра РАН), на полях ГОУП Тулома, ГОУП Мурманск, ОАО агрофирмы Индустрия, ФГУ государственной станции агрохимической службы Мурманская (1971-2009 гг.). Объектами исследований были наиболее распространенные в Мурманской области кормовые культуры: овес полевой - сорт Орел, горох посевной - сорт Раменский-77, тимофеевка луговая - сорта Ленинградская 204 и Хибинская 673, кострец безостый - сорт Моршанский 760. Локальный почвенно- экологический мониторинг проводили на реперных участках, расположенных на подзолистых почвах хозяйств Индустрия и Арктика, а также на торфяных почвах хозяйств Индустрия и Мурманск. Исследования на реперных участках позволили выявить динамику почвенного плодородия в условиях резкого сокращения применения средств химизации, воздействие почвенного плодородия на состояние сельскохозяйственных культур. Отбор объединённых проб почвы производился согласно Методическим указаниям по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения.
Исследования влияния различных видов удобрений проводили в полевых опытах с трех-пятикратной повторностью (делянки 1 м2 на экспериментальном участке Полярно-альпийского ботанического сада-института Кольскоо Н - РАН в г. Апатиты и 7 м2 на опытных участках ФГУ станции агрохимической службы Мурманская. Применяли Nаа (аммоний азотнокислый), Nм (мочевину), Рсд (суперфосфат двойной), Кх (калий хлористый), НАФК (нитроаммофоску), АФК (аммофоску). При выращивании однолетних и многолетних трав использовали приемы агротехники, разработанные для условий Нечерноземной полосы России и рекомендованные Системой ведения сельского хозяйства а Мурманской области. Минеральные удобрения под однолетние и многолетние травы вносили ежегодно, а органические - в соответствии в правилами региональной агротехники. Уход за посевами заключался в борьбе с сорняками как механическими, так и химическими способами. Урожай учитывали сразу после скашивания с последующим взвешиванием зеленой массы со всей площади делянки. В полупроизводственных опытах учет вели 4-5 пробными снопами с площади 1 м2. В посевах многолетних трав проводили два укоса - в начале июля и сентября. Для оценки качественных показателей растений пробы отбирали сразу после их скашивания. Точечные пробы с учетных площадок каждого варианта (в количестве, как правило, 4-5) тщательно перемешивали и отбирали средний образец. Технология проведения многофакторных вегетационных опытов с кормовыми травами изложена в соответствующих главах.
Все физико-химические анализы проводили в аккредитованной испытательной лаборатории станции по общепринятым методикам, в соответствии с действующими ГОСТами и ОСТами, используемыми в агрохимической службе страны.
Радиационно-экологическое обследование выполняли в аккредитованной лаборатории радиационного контроля Института химии Кольского научного центра РАН (ИХТРЭМС КН - РАН) по ГОСТ 30108-94 и по аттестованной методике. Радионуклиды определяли с помощью радиометрического и гамма-спектрометрического методов анализа. Радиометрическими методами определяли мощность экспозиционной дозы - МЭД, мкР/ч, суммарную альфа- и бета - активность. Работа выполнялась на сертифицированной аппаратуре: дозиметры ДРГ-01Т. Гамма-спектрометрическими методами определяли радионуклидный состав проб почв. Радиационно-гигиеническая характеристика исследуемого объекта включала в себя определение содержания естественных (природных) и техногенных радионуклидов в массовых %. Работа выполнялась на сертифицированном радиологическом комплексе Прогресс-АРБГ.
Статистическую обработку результатов опытов проводили с использованием программ Microsoft Excel 6,0 и STATISTICA 8.0. Результаты дисперсионного, корреляционного и регрессионного анализов были использованы для установления взаимосвязи процессов, происходящих в почвах и растениях при внесении удобрений, а также в зависимости от метеорологических условий вегетационных периодов.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Мониторинг пахотных почв на северном пределе земледелия
Почвенный мониторинг - одна из важнейших составляющих экологического мониторинга в целом. Он направлен в первую очередь на выявление антропогенных изменений почв, которые в конечном результате могут нанести значительный вред здоровью человека и сельскохозяйственных животных. В основе почвенно-экологического мониторинга заложены следующие основные принципы: разработка методов контроля за наиболее уязвимыми свойствами почв, изменение которых может вызвать потерю плодородия, ухудшение качества растительной продукции, деградацию почвенного покрова, и проведение постоянного контроля над важнейшими показателями почвенного плодородия.
Сочетание таких природных факторов Мурманской области, как преобладание среди почвообразующих пород завалуненных, грубозернистых, но богатых по минералогическому составу моренных отложений; существенное влияние Атлантического океана на климат Кольского полуострова, что определяет его относительную мягкость; почти полное отсутствие вечной мерзлоты, - ведет к формированию подзолистых альфегумусовых (иллювиально-железистых и иллювиально-гумусовых) почв, основу которых составляет минеральная часть - крупный песок с камнями и валунами.
Генезис этих почв изучен к настоящему времени достаточно хорошо. Начиная с 60-х годов прошлого столетия, появился целый ряд работ, где подробно приводили морфолого-генетическую, химическую и физическую характеристики, динамику некоторых свойств подзолистых почв, составляющих основу пахотных земель минерального состава в Мурманской области (Пономарева, 1964; Белов, Барановская, 1969; Барановская и др., 1969; Манаков, 1970; Таргульян, 1971; Манаков, Никонов,1981; Семко,1982; Переверзев, 1987; Никонов, 1987; Никонов, Переверзев, 1989; Лукина, Никонов, 1996; Переверзев, 2004). В результате многолетних исследований сформировалась концепция, что иллювиально-железистые и иллювиально-гумусовые подзолы представляют собой типичную простую форму развития подзолообразования (Пономарева, 1964). Из-за сильной выраженности иллювиального Al-Fe-гумусового процесса такие почвы стали относить к типу Al-Fe-гумусовых почв (Таргульян, 1971). Морфологический профиль этих почв имеет четкую дифференциацию на генетические горизонты.
Валовой химический состав описываемых почв обусловлен показателями, характеризующими почвообразующую породу, и интенсивностью развития иллювиально-гумусового процесса. Широко распространенные моренные отложения богаты окислами, щелочными и щелочноземельными катионами (Лаврова, 1959). Подзолистые Al-Fe-гумусовые почвы отличаются большим накоплением элементов-биофилов (кальция, фосфора, марганца) в самом верхнем горизонте. Для минеральной части профиля характерно элювиально-иллювиальное распределение полуторных окислов. Для пахотных горизонтов отмечаются, как правило, усредненные показатели валового химического состава верхних минеральных горизонтов целинных почв, т.к. при их освоении лесная подстилка почти полностью удаляется.
Физико-химические свойства целинных почв в значительной степени зависят от условий их формирования, но в целом весьма неблагоприятны для ведения земледелия. Для верхних горизонтов А0 и А2 характерны высокая кислотность и низкая насыщенность почвенного поглощающего комплекса основаниями. С глубиной кислотность несколько уменьшается. Ввиду того, что в верхних горизонтах обменная кислотность выше по сравнению с нижними, показатели рН в солевой суспензии подчиняются той же тенденции. Физико-химические свойства пахотных почв во многом зависят от уровня агротехники, особенно применения извести, в результате чего они имеют, как правило, невысокую кислотность (рНводн 5,0). Применение органических удобрений также способствует снижению кислотности почв. Однако насыщенность почвенного поглощающего комплекса основаниями редко превышает 50%. Ёмкость обмена в верхнем горизонте достигает иногда значительных величин, что показывает на возможность формирования у песчаных почв поглощающего комплекса, не уступающего таковому у почв более тяжелого механического состава. Дальнейшему насыщению почв подвижными основаниями препятствует их высокая подвижность в условиях промывного типа водного режима.
Таким образом, окультуривание приводит не только к перестройке профиля иллювиально-гумусовых подзолов, но и к значительному изменению их состава и свойств, что дает возможность использовать эти почвы в земледелии. Отрицательное действие повышенной кислотности почв на сельскохозяйственные растения в бореальной зоне связано, прежде всего, с тем, что для них, в отличие от аборигенных растений, требуется реакция среды в пределах от слабокислой до нейтральной. Так, оптимальные условия для бобовых растений складываются при рН почвы от 5,5 до 7,5. В Мурманской области для создания долголетних лугов используют многолетние верховые злаковые травы: тимофеевку луговую, кострец безостый, лисохвост луговой, овсяницу луговую.
Для тимофеевки луговой оптимальными являются условия произрастания при рН от 6,0 до 6,5, при этом повышенная кислотность почвы (3,5-4,0) переносится плохо. Благоприятные условия возделывания лисохвоста лугового при рН в пределах от 5,5 до 6,0, но повышенную кислотность он переносит удовлетворительно. Кострец безостый не переносит кислых почв, оптимальная кислотность для его возделывания 5,5-6,5. Так же, как и кострец безостый, овсяница луговая плохо переносит повышенную кислотность почв и оптимальными условиями произрастания для нее является интервал рН 5,5-6,5. Из однолетних кормовых культур в Мурманской области выращивают овес, горох, озимую рожь и вику яровую. Наибольшее распространение получил овес в чистом виде и в смеси с горохом или викой. Оптимальными значениями рНKCl для овса являются 5,0-7,7 (может произрастать при рН 3,5-4,0); для озимой ржи - 5,5-7,5 (переносит pH 4,6-5,0). Горох, как и вика яровая, плохо растет на кислых почвах, оптимальная кислотность для них 6,0-7,0. Выявлено, что кормовые растения (однолетние культуры), возделываемые на окультуренных Al-Fe-гумусовых подзолах, произрастают не только в неблагоприятных климатических и эдафических условиях, но и за пределами своего ареала (северная граница ареала лежит гораздо южнее Полярного круга). Полученные результаты VI-VIII туров агрохимического обследования свидетельствуют о том, что за сравнительно короткий период хозяйствования кислотность Al-Fe-гумусовых подзолов может быть приведена к физиологическим требованиям сельскохозяйственных растений и поддерживаться на этом уровне. По нашим данным, оптимальными параметрами рНKCl для возделывания однолетних интродуцированных кормовых растений в этих условиях можно считать пределы 5,5-7,0, а пределы 4,5-5,5 рНKCl следует рассматривать как рискованные, но возможные для возделывания традиционных однолетних кормовых культур. Окультуренные подзолы с параметрами кислотности пахотного слоя < 4,5 pHKCl следует рассматривать как нецелесообразные для выращивания этих растений. Таким образом, нами предлагается считать пределы рНKCl 4,5-7,0 толерантным диапазоном возделывания однолетних интродуцированных кормовых растений на Al-Fe-гумусовых подзолах в агроэкосистемах Мурманской области. По результатам шести последних туров агрохимического обследования пашни (с IV по X) установлено, что проведение систематической химизации и мелиорации почв в хозяйствах способствовало значительному снижению доли очень сильно кислых и сильно кислых подзолистых почв. На рис. 1 и 2 представлены результаты IV и X туров, которые наглядно это подтверждают.
Рис. 1. Структура пахотных почв по pH (по данным 4-го тура обследования).
Рис. 2. Структура пахотных почв по pH (по данным 10-го тура обследования).
Многолетний мониторинг кислотности проводился и на отдельных реперных участках - в хозяйствах Арктика (на иллювиально-гумусовом подзоле) и Мурманск (на торфяной почве). На рис. 3. отражена постепенная тенденция к подкислению пашни на минеральной почве (рН от 5,1 до 4,5) и относительно стабильные показатели на органогенной почве ( с небольшими колебаниями около рН 4,5).
Рис. 3. Многолетняя динамика рН почв на реперных участках
Также было установлено, что в течение последних 15 лет средние показатели pHKCl почв более 100 почвенных контуров пашни колебались в пределах 5,0-6,0, концентрация обменных Ca и Mg Ц в диапазоне 6-20 и 1-15 мг-экв/100 г соответственно, степень насыщенности основаниями - от 40 до 90%. При этом было установлено, что временные изменения параметров кислотности подзолов агроэкосистем Мурманской области в большинстве случаев статистически недостоверны.
Значение коэффициента детерминации (R2 = 41,8%) свидетельствует о существовании связи между рН и степенью насыщенности почв основаниями (рис.4).
Рис.4. Взаимосвязь между рН и степенью насыщенности (СН) основаниями подзолов
Таким образом, показатель степени насыщенности почв основаниями можно рассматривать как информативный показатель при оценке динамики кислотности подзолов агроэкосистем и использовать его при проведении мониторинга. Сельскохозяйственное использование торфяных почв в Мурманской области более предпочтительно с экологической точки зрения, по сравнению с широко распространенными Al-Fe-гумусовыми подзолами, поскольку агроэкосистемы на торфяных почвах больше соответствуют организации природных экосистем.
Неблагоприятные климатические условия и низкое естественное плодородие впервые освоенных почв Кольского Севера обуславливает необходимость ежегодного применения удобрений. Изучение баланса основных питательных элементов растений является обязательным условием для разработки систем управления плодородием почв и формирования устойчивых и высокопродуктивных агроэкосистем. Еще Д.Н.Прянишников (1965) предложил считать главной задачей агрохимии изучение именно круговорота веществ в земледелии, а также выявление тех мер воздействия на его течение, которые могут повысить урожай и улучшить качество растений. В пахотных почвах баланс NPK может служить одним их объективных показателей степени интенсификации и культуры земледелия. Обычно рассчитывают хозяйственный баланс, основанный на выносе питательных веществ с оприходованным урожаем. Более объективное представление о расходе и приходе элементов дает биологический баланс, при котором, кроме хозяйственного отчуждения с урожаем, учитывается и количество элементов, находящихся в пожнивных и корневых остатках. Это особенно существенно для северных почв с их низкой биологической активностью, при которой разложение растительных остатков протекает с невысокой интенсивностью, а мобилизация и усвоение питательных веществ растениями ограничены.
Для оценки эффективности применения минеральных удобрений при производстве кормов из многолетних трав в земледелии Мурманской области рассчитывали баланс азота, фосфора и калия в разрезе наиболее крупных хозяйств и по области в целом по итогам хозяйственной деятельности за наиболее типичные годы. В таблице 1 приведены данные за 2000 г. Продуктивность многолетних трав в Мурманской области в основном поддерживается за счет внесения довольно высоких доз минеральных удобрений. В среднем по области в анализируемом году было внесено по 132 кг азота, 50 кг фосфора и 41 кг калия на 1 га пашни в действующем веществе.
Во всех хозяйствах области первостепенное значение при выращивании кормовых трав придается азотным удобрениям - дозы азота превышают дозы фосфора и калия. В то же время, продуктивность посевов не всегда зависит от доз и соотношения NPK, значительную роль играют состояние почвы, её влажность, температура, водно-воздушный режим и другие факторы. С урожаем многолетних трав выносится незначительное количество фосфора, довольно существенная часть азота и еще более высокие объемы калия. Баланс элементов минерального питания в агросистемах, составленный только по двум, но по наиболее существенным показателям, таким как вынос с урожаем и внесением с минеральными удобрениями, позволяет весьма точно определять основные направления круговорота веществ. В своих исследованиях мы ограничились определением баланса основных питательных веществ по их выносу с урожаем и внесению с минеральными удобрениями. По этим двум показателям сложился значимый положительный баланс азота. Баланс фосфора в целом по области и по большинству сельскохозяйственных предприятий также является положительным. Однако фосфор может закрепляться в почвенно-поглощающем комплексе в труднодоступной форме, и растения при его недостатке в почве в перспективе смогут его извлекать из этого состояния. Но такое внесение лпро запас нецелесообразно с экономической точки зрения. В 2000 году сложился отрицательный баланс калия и кормовые травы для формирования урожая частично использовали запасы почвенного калия. При его невосполнении создается угроза калийного истощения почвы. В последующие годы выявленная тенденция, в целом, сохранилась в агроэкосистемах Мурманской области. С экологической точки зрения складывается неудовлетворительная ситуация по круговороту азота, наблюдаются тенденции к повышению запасов фосфора и к снижению запасов калия в почве. В целом, в земледелии Мурманской области необходима корректировка системы применения удобрений, и, в первую очередь, уточнение доз минеральных азотных удобрений и увеличение доз калийных на конкретных участках с учётом агрохимических картограмм.
Одной из основных целей проведенного нами агроэкологического мониторинга было исследование качества кормовых трав в многолетнем цикле. Основное свойство кормов - удовлетворять разносторонние природные потребности животных в пище. Для соответствия требованиям качества пищи необходимо знать характерные особенности различных видов кормов и содержание в них основных питательных веществ. Известно, что природно-климатические условия, наряду с применением удобрений, оказывают большое влияние на качество (химический состав) растительных кормов, а для определения сбалансированных научно-обоснованных рационов кормления сельскохозяйственных животных недостаточны усредненные показатели по стране или региону. Из-за значительного отличия условий Кольского Севера от других заполярных и, тем более, южных регионов необходим постоянный контроль за химическим составом как привозных, так и местных кормов для составления правильно сбалансированных рационов. Ранее проведенными исследованиями было отмечено, что по ряду показателей качество выращиваемых в Заполярье кормовых трав уступает привозным из южных регионов. (Кислых, Ласкин и др., 1989). Данные, полученные позже в полевых опытах с различными удобрениями свидетельствовали, что у кормовых трав возможно достижение нормативных параметров лишь по некоторым биохимическим показателям (Кислых, 2002). Сельскохозяйственное растениеводство Мурманской области в настоящее время не в состоянии полностью обеспечить себя кормами и часть их завозится из других регионов, что требует дополнительных расходов на производство животноводческой продукции. Это обусловливает необходимость получения в условиях Заполярья максимального урожая кормовых растений, причем высокого качества и питательной ценности, из которого можно было бы приготовить широкий ассортимент кормов.
Таблица 1
Баланс элементов минерального питания многолетних кормовых трав в 2000 году
(кг/га в д.в.)
Хозяйство | Урожай зеленой массы, т/га | Внесено с удобрениями | Вынесено с урожаем | Баланс | ||||||
N | Р2О5 | К2О | N | Р2О5 | К2О | N | Р2О5 | К2О | ||
1. Кольский | 14,3 | 207 | 15 | 15 | 47,4 | 11,5 | 68,9 | +159,6 | +3,5 | -53,9 |
2. Мончегорский | 13,0 | 183 | 73 | 73 | 43,6 | 10,6 | 63,4 | +139,4 | +62,4 | +9,6 |
3. Мурманск | 18,0 | 147 | 48 | 48 | 60,4 | 14,6 | 87,8 | +86,6 | +33,4 | -39,8 |
4. Нивский | 7,1 | 132 | 3 | 3 | 13,9 | 3,4 | 20,2 | +118,1 | -0,4 | -17,2 |
5. Ревда | 8,0 | - | - | - | 25,7 | 6,2 | 37,4 | -25,7 | -6,2 | -37,4 |
6. Полярные Зори | 4,3 | 96 | 44 | 44 | 11,6 | 2,8 | 16,9 | +84,4 | +41,2 | +27,1 |
7. Полярная звезда | 10,2 | 169 | 61 | 61 | 31,3 | 7,6 | 45,6 | +137,7 | +53,4 | +15,4 |
8. Тулома | 7,1 | 285 | 166 | 108 | 23,4 | 5,7 | 34,0 | +261,6 | +160,3 | +74,0 |
9. Тундра | 7,2 | 133 | 16 | 16 | 24,5 | 5,9 | 35,6 | +108,5 | +10,1 | -19,6 |
10.ОПХ Рассвет | 9,4 | 104 | 41 | 41 | 28,2 | 6,8 | 41,1 | +75,8 | +34,2 | -0,1 |
11. Индустрия | 12,1 | 90 | 29 | 29 | 38,7 | 9,4 | 56,3 | +51,3 | +19,6 | -27,3 |
В среднем по области | 10,8 | 132 | 50 | 41 | 29,7 | 7,2 | 43,2 | +102,7 | +42,8 | -22 |
Примечание. Прочерк - удобрения не вносились.
В таблице 2 представлены данные по качеству и питательности зеленой массы трав за 15-летний период. Травы сеяных кормовых угодий - полноценный корм для травоядных животных, удельная доля которого должна составлять не менее 35% в годовом кормовом балансе. Объем заготавливаемой зеленой массы колебался по годам, он имел отчетливую тенденцию к снижению и практически стабилизировался на уровне 40-44 тыс.тонн в последние годы. Во многом такие изменения на Крайнем Севере связаны с неустойчивыми погодными условиями, но в то же время наблюдается сокращение посевных площадей и уменьшение поголовья в животноводстве региона. Сухого вещества в зелёной массе, согласно нормативным требованиям, должно быть не менее 20%. По годам этот показатель был в пределах нормы и в среднем составил 26,3%. По химическому составу зеленая масса полностью соответствовала требуемому уровню по сырой клетчатке (не более 26%) и по сырой золе (не более 10%), частично соответствовала по кормовым единицам (не менее 0,9), но была ниже требований по сырому протеину (не менее 13%) и ОЭ (не менее 10 МДж/кг). В целом, для комплексной оценки питательности корма в настоящее время используют около 28 показателей (Биологические основы..., 2004). По представленным в таблице 2 показателям можно сделать вывод о том, что зеленая масса трав, выращенных в Мурманской области частично уступает травам из других регионов только по содержанию переваримого протеина. Следует отметить также, что корма, поступившие из других областей Северо-Западного округа (даже более качественные), нередко имеют значительные отличия по целому ряду показателей между отдельными партиями одноименных видов корма. Это обусловлено тем, что в Мурманскую область завозят недостающие корма, заготовленные в районах с разными почвенно-климатическими условиями, которые оказывают большое влияние на их качество.
Аналогичный мониторинг в течение 15 лет проводили по сену и силосу. Качественное сено является для травоядных полноценным кормом и имеет существенную долю в рационах КРС. Как и для зеленого корма, отмечено заметное снижение объемов заготовки сена с 1995 по 2009 годы. Содержание сырого протеина по годам заметно колебалось и было меньше, чем у сена многолетних трав, завозимого из других регионов страны. Показатели ОЭ и кормовых единиц практически одинаково. Особенности заполярного климата Кольского полуострова, с его повышенной влажностью в период уборки многолетних трав, не позволяют получать на всей территории качественное сено. Несомненно, что влияние на качество трав, наряду с известными агротехническими приемами, оказывают и метеорологические условия вегетационного периода. Например, в умеренном по температуре и увлажнению для многолетних трав 1999 г., при наибольшем объеме заготовленного сена, зарегистрированы наиболее низкие показатели качества - около 70% отнесено к неклассному или 3-го класса качества. В теплом и влажном 2005 г. сена собрано почти вдвое меньше, но 66% отнесено к 1-му классу качества. Важное значение в рационе кормления животных в Мурманской области имеет такой консервированный корм, как силос. Силос является основным компонентом в рационе кормления КРС и его доля составляет по хозяйствам 60-65%. Сравнение химического состава местного силоса с заготавливаемым в более южных областях показывает, что отличия невелики. По таким показателям, как сухое вещество, сырой протеин, клетчатка и кормовые единицы силос практически одинаков, но по содержанию сырой золы местный силос немного уступает. В отношении наличия питательных веществ в 1 кг корма средние данные по кормовым единицам за период исследования были близки полученным в Ленинградской и Московской областях, а по другим показателям оказались немногим ниже. Четкую динамику качества силоса дают данные по отнесению его к классам качества. За время исследования доля первоклассного силоса сильно колебалась (от 0 до 52%) , но в среднем была невелика. Меньше варьировала та часть силоса, которая была отнесенна ко 2-му и 3-му классу. Процент неклассного корма по годам заметно менялся и в 2001 г. составил почти 50% от общего объема заготовок, но уже в 2006 г. снизился до 6,7%.
Таблица 2
Качество и питательность зеленой массы кормовых трав в Мурманской области (1995-2009 гг.)
| Годы | Заготовлено, тыс. т | Сухое вещ-во, % | Химический состав на сухое вещество | Содержание питательных веществ в 1 кг корма | ||||||||
сыр. протеин, % | сыр. клет-чатка, % | сырая зола, % | ОЭ, МДж/кг | кормов. ед., кг/кг | Са, г | Р, г | ОЭ, МДж/кг | перевар. протеин, г | кормов. ед., кг | |||
1995 | 73,0 | 31,3 | 8,3 | 28,0 | 6,1 | 9,9 | 0,8 | 0,7 | 0,6 | 3,1 | 13,3 | 0,25 |
1996 | 26,8 | 22,4 | 11,2 | 24,7 | 5,2 | 9,2 | 0,7 | 2,2 | 0,5 | 2,1 | 16,1 | 0,15 |
1997 | 58,0 | 27,5 | 10,2 | 23,9 | 5,7 | 8,7 | 0,6 | 0,8 | 0,7 | 2,4 | 19,9 | 0,17 |
1998 | 61,6 | 23,5 | 12,2 | 28,0 | 8,0 | 9,8 | 0,8 | 1,6 | 0,7 | 2,3 | 19,4 | 0,18 |
1999 | 61,2 | 26,5 | 11,6 | 25,4 | 7,9 | 9,2 | 0,7 | 0,9 | 0,7 | 2,4 | 18,6 | 0,18 |
2000 | 71,8 | 32,5 | 10,7 | 25,2 | 6,2 | 9,0 | 0,7 | 2,2 | 1,0 | 2,9 | 19,1 | 0,22 |
2001 | 68,0 | 27,6 | 13,0 | 25,8 | 6,0 | 9,8 | 0,7 | 2,2 | 0,8 | 2,7 | 23,2 | 0,20 |
2002 | 64,0 | 26,8 | 11,1 | 25,9 | 6,9 | 9,5 | 0,8 | 1,6 | 0,8 | 2,5 | 17,6 | 0,19 |
2003 | 58,8 | 23,5 | 13,1 | 25,1 | 6,5 | 10,0 | 0,8 | 1,4 | 0,8 | 2,3 | 19,7 | 0,19 |
2004 | 46,8 | 25,8 | 11,6 | 27,5 | 6,5 | 9,7 | 0,9 | 1,5 | 0,8 | 2,5 | 18,6 | 0,20 |
2005 | 54,4 | 25,4 | 12,2 | 25,9 | 6,6 | 10,1 | 0,8 | 1,1 | 0,9 | 2,6 | 19,7 | 0,22 |
2006 | 58,0 | 22,4 | 13,3 | 26,3 | 7,1 | 10,2 | 0,8 | 1,1 | 0,8 | 2,3 | 20,0 | 0,18 |
2007 | 39,9 | 27,2 | 10,9 | 26,0 | 6,3 | 10,2 | 0,8 | 1,1 | 0,9 | 2,8 | 17,0 | 0,23 |
2008 | 44,2 | 25,5 | 13,6 | 25,6 | 6,0 | 10,3 | 0,8 | 1,0 | 0,8 | 2,6 | 22,6 | 0,22 |
2009 | 41,8 | 23,2 | 16,5 | 22,9 | 5,8 | 10,8 | 0,9 | 1,1 | 0,8 | 2,5 | 27,2 | 0,22 |
Среднее по области | 55,2 | 26,1 | 12,0 | 25,7 | 6,4 | 9,8 | 0,8 | 1,4 | 0,8 | 2,5 | 19,5 | 0,20 |
Вика+овес* | 21,1 | 17,5 | 28,4 | 9,9 | 9,9 | 0,9 | 2,0 | 1,1 | 2,1 | 27,0 | 0,18 | |
Вика+овес** | 18,6 | 16,7 | 28,4 | 11,3 | 9,9 | 0,8 | 1,9 | 0,8 | 1,8 | 22,0 | 0,14 | |
Тимофеевка+овсяница+ кострец*** | 25,3 | 10,3 | 32,4 | 9,1 | 9,2 | 0,8 | 1,3 | 0,7 | 2,3 | 16,0 | 0,19 | |
Примечание. * В среднем по России, ** по Ленинградской области, *** по Московской области.
В целом, исходя из представленной информации можно сделать вывод, что, несмотря на неблагоприятные природные и климатические условия, на Кольском полуострове можно выращивать кормовые травы, лишь немногим уступающие по качеству произрастающим в более южных регионах. Собственное полевое кормопроизводство должно иметь здесь хорошие перспективы и интенсивно развиваться. Это также подтверждается тем, что за последние несколько лет животноводы Мурманской области занимают лидирующие позиции в России по надою молока на одну корову - в среднем более 6 тыс. кг.
Многолетние исследования позволяют видеть перспективы устойчивого развития растениеводства и кормопроизводства, а на его базе - животноводства в условиях Кольского Севера. В северных регионах России расположена основная часть ее природных богатств. Динамичное развитие этих регионов, с привлечением людских ресурсов должно рассматриваться как важнейший фактор суверенитета страны, при этом его существенной частью несомненно должна является продовольственная безопасность.
В таблице 3 (прочерк - отсутствие данных) приведены сведения по многолетней динамике применения удобрений и их эффективности под кормовые культуры в условиях Мурманской области. Средние данные за 1986-1990 гг. отражают наиболее продуктивный период советского времени. Посевная и уборочные площади были тогда соответственно в 1,6 и 2,5 раза больше, чем в среднем за рассматриваемый 15-летний период. Наиболее значительное снижение посевных площадей наблюдается у однолетних трав. Сравнивая результаты по всем представленным в таблице 3 показателям растениеводства области можно отметить, что они заметно уступают последним годам советского периода. В первую очередь это касается урожайности однолетних трав - в среднем она снизилась с 17,1 до 11,4 т/га. Одновременно по годам просматриваются заметные колебания в урожайности трав, связанные, прежде всего, с колебаниями погодных условий вегетационных периодов. Однако за весь рассматриваемый период показатели ни в одном году не превысили средних данных за 1989-1990 гг. Одной из основных причин безусловно является значительное снижение доз вносимых удобрений, как органических (в 2,8 раза), так и минеральных (в 2,3 раза). Причем, хорошо выражена тенденция получения более высоких урожаев однолетних трав во влажные и относительно теплые годы (1995, 2001, 2002), а многолетних - в засушливые (1996, 2006). Менее заметны колебания в эти годы по выходу продукции с 1 га в зерновых единицах - от 6,7 до 9,3. При этом, следует отметить закономерность возрастания окупаемости удобрений к 2009 г.
Статистическая обработка данных по влиянию органических удобрений и NPK на урожайность трав, позволила установить следующие закономерности (таблица 4).
Выявлена существенная связь урожайности зеленой массы многолетних трав с дозами внесенного азота (r = 0,73; р = 0,003) и калия (r = 0,64; р = 0,014). Для однолетних трав и сена четкой линейной корреляции урожайности с основными элементами питания растений не установлено.
Однако с помощью регрессионного анализа экспериментальных данных удалось уточнить искомые связи, имевшие преимущественно нелинейный характер. Для однолетних трав эта зависимость описывается формулой: У = 3,95N - 3,33К + 2,02НР - 3,95NР + 2,37РК (R2 = 72,6%; р = 0,021), где Н - навоз. В результате проведения многомерного статистического анализа по методу частных наименьших квадратов - PLS (алгоритм NIPALS) установлено, что по величине индивидуального вклада каждого вида удобрений в первую главную компоненту, то есть по лсиле их влияния на переменную У, удобрения можно расположить в следующий ранжированный ряд: K > N > P > Н.
Для многолетних трав (на зеленую массу): У = 5,03N2 + 2,17Р - 3,17NР + 1,34НК - 2,87NК (R2 = 88,3%; р < 0,001). Ранжированный ряд сравнительной лсилы влияния удобрений на данный показатель имеет такой вид: K > N> P > Н (метод PLS).
Таблица 3
Применение удобрений и продуктивность кормовых угодий по Мурманской области
| Годы | Посев-ная пло-щадь, га | Однолетние травы | Многолетние травы | Выход про-дук-ции с 1га, зерн.ед | Внесено удобрений | Окупае-мость 1 кг в д.в. удобрен. Зерн.ед. | В том числе | ||||||||||
Убороч-ная пло-щадь, га | Уро-жай-ность, т/га | Убороч-ная пло-щадь, га | Урож-сть, т/га(на з/м) | Уборо-чная площ., га | Урож-сть, т/га(на сено) | всего | Орга-ничес-ких, т/га | Минеральных, кг/га д.в. | Одно- летние травы | Много- летние травы | |||||||
всего | в том числе | ||||||||||||||||
N | P | K | |||||||||||||||
1995 | 11735 | 6235 | 12,7 | 5500 | 9,3 | - | - | 8,5 | 304 | 18 | 124 | 82 | 21 | 21 | 1,96 | - | - |
1996 | 11566 | 4686 | 8,6 | 4672 | 6,6 | 1142 | 2,3 | 6,7 | 262 | 16 | 102 | 61 | 22 | 19 | 1,78 | 1,10 | 4,67 |
1997 | 10642 | 4512 | 9,1 | 4765 | 7,6 | 7338 | 1,7 | 7,2 | 304 | 14 | 164 | 89 | 37 | 38 | 1,65 | 0,98 | 3,18 |
1998 | 10153 | 3979 | 10,6 | 4299 | 8,9 | 1113 | 1,8 | 8,5 | 313 | 16 | 148 | 87 | 30 | 31 | 1,90 | 1,07 | 4,37 |
1999 | 9229 | 3734 | 10,8 | 4237 | 9,2 | 768 | 1,5 | 8,5 | 380 | 14 | 240 | 143 | 56 | 41 | 1,56 | 1,05 | 2,67 |
2000 | 9126 | 3053 | 11,4 | 4595 | 9,0 | 774 | 1,5 | 8,9 | 344 | 12 | 223 | 132 | 50 | 41 | 1,82 | 1,21 | 2,59 |
2001 | 8670 | 2993 | 13,9 | 4641 | 8,5 | 794 | 1,5 | 9,3 | 245 | 12 | 125 | 83 | 27 | 15 | 2,65 | 1,56 | 5,0 |
2002 | 8172 | 3030 | 14,3 | 4330 | 8,8 | 503 | 1,3 | 9,3 | 265 | 14 | 125 | 86 | 27 | 12 | 2,46 | 1,68 | 4,19 |
2003 | 7089 | 2538 | 11,9 | 3726 | 7,2 | 486 | 1,4 | 7,6 | 300 | 14 | 160 | 76 | 74 | 10 | 1,78 | 1,12 | 3,37 |
2004 | 6785 | 2561 | 12,0 | 3644 | 7,0 | 473 | 1,6 | 7,9 | 303 | 15 | 153 | 51 | 102 | - | 1,80 | 1,2 | 3,8 |
2005 | 6528 | 2407 | 12,1 | 3150 | 7,4 | 971 | 1,5 | 8,2 | 245 | 12 | 125 | 44 | 81 | - | 2,40 | 1,2 | 6,4 |
2006 | 6484 | 2393 | 12,4 | 3627 | 8,2 | 302 | 3,6 | 8,3 | 239 | 13 | 109 | 30 | 66 | 13 | 2,30 | 2,7 | 4,6 |
2007 | 6370 | 2382 | 7,9 | 3252 | 6,7 | 639 | 1,6 | 6,6 | 225 | 11 | 115 | 46 | 57 | 12 | 2,10 | 2,3 | 4,1 |
2008 | 6067 | 2223 | 11,7 | 2984 | 6,8 | 641 | 1,5 | 7,2 | 223 | 15 | 76 | 35 | 37 | 4 | 4,20 | 2,3 | 4,7 |
2009 | 5968 | 2348 | 12,1 | 3273 | 6,9 | 347 | 1,5 | 7,5 | 263 | 16 | 103 | 61 | 35 | 7 | 3,20 | 2,5 | 4,1 |
В ср. за 1995-2009 | 8306 | 3272 | 11,4 | 4046,3 | 7,9 | 1163,6 | 1,7 | 8,0 | 281 | 14 | 140 | 74 | 48 | 20 | 2,24 | 1,57 | 4,12 |
В ср. за 1986-1990 | 13587 | 8001 | 17,1 | 4462 | 12,61 | 1124 | 2,78 | 13,7 | 721 | 39,8 | 323 | 151 | 81 | 91 | 1,33 | 1,20 | 2,20 |
Таблица 4
Линейная корреляция показателей продуктивности растений с дозами удобрений
Показатели | Навоз (Н) | Азот (N) | Фосфор (P) | Калий (K) |
Урожайность однолетних трав | -0,05 (р = 0,87) | -0,00 (р = 0,99) | 0,07 (р = 0,82) | -0,36 (р = 0,21) |
Урожайность многолетних трав (зеленая масса) | -0,19 (р = 0,51) | 0,73 (р = 0,003) | -0,20 (р = 0,49) | 0,64 (р = 0,014) |
Урожайность многолетних трав (сено) | 0,03 (р = 0,92) | -0,38 (р = 0,18) | 0,06 (р = 0,84) | 0,01 (р = 0,75) |
Примечание. Жирным шрифтом выделены статистически значимые величины.
Для многолетних трав (на сено): У = -4,52N + 5,87N2 + 3,57К - 4,95NК (R2 = 74,1%; р = 0,01). Ранжированный ряд сравнительной лсилы влияния удобрений на этот показатель выглядит следующим образом: N > K > P > Н (метод PLS). Таким образом, в многолетнем цикле подтверждена премущественная роль минеральных и органических удобрений для получения высоких и устойчивых урожаев кормовых трав. Наиболее важными питательными элементами для этого являются азот и калий.
Однако особое значение для устойчивого молочного животноводства представляет получение полноценной по химическому составу фитомассы трав. Статистическая обработка качественных характеристик кормовых трав позволила установить следующие общие закономерности. Анализ исходных материалов методом PLS показал, что влияние навоза и минеральных удобрений на результативные признаки можно представить в виде следующих ранжированных рядов (по величине их индивидуального вклада в первую главную компоненту) - таблица 5.
Таблица 5
Влияние удобрений на качественные признаки кормовых трав
Показатель Объект | Однолетние и многолетние травы на зеленую массу |
Навоз | СВ > СЗ > СП > КА > СК > ФО > ОТ |
Азотные удобрения | ФО > МТ > СЗ > СК > КА > СВ > СП > ОТ |
Фосфорные удобрения | СП > МТ > СВ > СК > СЗ > ФО > ОТ > КА |
Калийные удобрения | СП > МТ > СВ > СК > СЗ > ФО > ОТ > КА |
Все удобрения | МТ > СП > СВ > СК > СЗ > ФО > ОТ > КА |
Ранжированный ряд сравнительной лсилы влияния удобрений | K > N > P > Н |
Принятые сокращения: МТ-урожай многолетних трав; ОТ-урожай однолетних трав;
СВ-сухое вещество; СП-сырой протеин; СК-сырая клетчатка; СЗ-сырая зола;
КА-кальций органический; ФО-фосфор органический.
При рассмотрении этих рядов следует иметь в виду, что наиболее существенным является влияние удобрений на первые 2-3 показателя качества фитомассы. В частности, навоз, существенно влияет на содержание сухого вещества; азотные удобрения - на содержание органического фосфора и урожайность многолетних трав; фосфорные и калийные удобрения - на сырой протеин и урожайность трав. Слабо выражено влияние различных удобрений на урожайность однолетних трав и биогенный калий. В целом, ранжированный ряд влияния удобрений показывает, что на первом месте по значимости стоит К, далее N, затем фосфор и навоз. Общее влияние всех видов удобрений на качество трав показывает, что на первых позициях стоят преимущественно те же показатели, что и для навоза и отдельных удобрений - урожайность многолетних трав и содержание сырого протеина. Проведенные ранее исследования в Мурманской области с однолетними травами (Кислых, 2002) показали, что при существующем уровне развития земледелия возможно получение высоких урожаев кормовых трав (350-500 ц/га зеленой массы) с высоким качеством по отдельным биохимическим показателям. Для этого необходимо вносить не только минеральные удобрения в дозах не менее N100 Р100К100 , но и органические 100 т/га навоза, содержащие все необходимые растениям элементы.
Было отмечено, что при обусловленности биохимического состава растений наличием в почве необходимых элементов питания, такая связь проявляется неоднозначно. Статистическая обработка данных полевых опытов выявила отсутствие тесной связи между содержанием в почве и растениях азота, фосфора и калия. В то же время, было установлено, что внесение NPK с одновременным известкованием почв способствовало увеличению содержания в растениях азота, жира, БЭВ, легкогидролизуемых углеводов, кальция, нитратов и аминокислот. По нашим данным, существует положительная корреляция урожайности многолетних трав с содержанием сухого вещества в зеленой массе растений - r = 0,52 (р = 0,044), а также с содержанием сырой золы - r = 0,56 (р = 0,028). Наблюдается отрицательная корреляция между содержанием сухого вещества и сырого протеина - r = -0,62 (р = 0,014). Урожайность однолетних трав слабо коррелирует с показателями химического состава трав (достоверные линейные корреляции отсутствуют). Проведенный нами многомерный статистический анализ кардинально уточняет и дополняет исследования прежних лет. Он иллюстрирует сравнительное влияние удобрений на качественные показатели трав за длительный период времени в виде хорошо обозримых ранжированных рядов.
При обработке данных по влиянию удобрений на качественные показатели силоса было установлено следующее. Применение навоза оказывает наибольшее влияние на содержание в силосе органического кальция и сырой клетчатки, а наименьшее - на молочную кислоту. Азотные удобрения активно участвуют в регуляции содержания сырой клетчатки и сырого протеина, но слабо влияют на накопление масляной кислоты. Фосфорные удобрения влияют преимущественно на содержание органического фосфора и сырого протеина, но очень слабо - на содержание сырой клетчатки. Калийные удобрения существенно влияют на те же показатели, но меньше - на содержание масляной кислоты. Установлено, что кислотность силоса (рН) достаточно тесно коррелирует с содержанием в нем масляной кислоты (r = 0,53; р = 0,042) и сырого протеина (r = 0,64; р = 0,01). Выявлена достоверная связь между содержанием сырого протеина и фосфора в силосе (r = -0,72; р = 0,003), а также сырой клетчатки и кальция (r = 0,55; р = 0,034).
Менее выраженной оказалась связь удобрений с качеством сена. Установлено существенное влияние навоза на содержание органического фосфора и сухого вещества в сене, и более слабое - на содержание органического кальция. Показано, что азотные удобрения оказывают заметное влияние на содержание сырой клетчатки и сырой золы в сене, и почти не влияют на аккумуляцию органического фосфора. Фосфорные удобрения детерминируют главным образом содержание сырого протеина и органического фосфора в сене, и гораздо слабее - содержание сырой золы. Под действием калийных удобрений изменяется преимущественно содержание сырой клетчатки и сырого протеина в сене. В целом, применение удобрений способствует достоверному росту урожая и улучшению качества всех кормовых трав по таким показателям, как сухое вещество, сырой протеин, сырая зола, органический фосфор и сырая клетчатка.
За последние 15 лет в Мурманской области площадь используемой пашни сократилась на 30%. Наметился тренд снижения плодородия почв, стабилизировалась доля площадей с повышенной кислотностью, в почвах наблюдается значительное уменьшение содержания подвижного калия. Все это указывает на экологическую несбалансированность существующих технологий выращивания сельскохозяйственных культур при применении традиционных систем земледелия. Сложившаяся экологическая обстановка требует пересмотра прежних принципов заполярного земледелия и землепользования на основе глубокого изучения взаимосвязей в агроэкосистемах, обеспечивающих их устойчивое функционирование.
Устойчивость сельскохозяйственных культур к экстремальным условиям произрастания
Территория России включает различные климатические зоны. Значительная их часть приходится на районы неустойчивого земледелия. К ним относится и Мурманская область, для которой характерны неравномерное выпадение осадков в течение короткого вегетационного периода, низкие летние температуры, закисленность почв и др. В этих условиях урожайность сельскохозяйственных культур во многом определяется их устойчивостью к неблагоприятным факторам среды.
В большинстве случаев растения и посевы сельскохозяйственных культур, испытывая действие тех или иных неблагоприятных факторов, проявляют устойчивость к ним в результате филогенетической и онтогенетической адаптации к условиям экотопа. Оперативное приспособление растений к экологическим факторам окружающей среды обеспечивается преимущественно за счет физиологических механизмов. У каждого вида и сорта растения диапазон такой адаптации контролируется его генотипом. Чем больше способность растения изменять метаболизм в зависимости от вариаций условий окружающей среды, тем шире норма реакции данного генотипа и тем лучше его способность к физиологической адаптации. Этим свойством отличаются устойчивые сорта сельскохозяйственных культур. Как правило, несильные и кратковременные изменения факторов внешней среды не приводят к существенным нарушениям физиологических функций растений, что обусловлено их способностью сохранять относительно стабильное состояние (гомеостаз) при незначительных изменениях условий экотопа. Однако резкие или длительные возмущающие воздействия (естественного и антропогенного происхождения) приводят к нарушениям многих функций растения, а часто и к его гибели. Если выход за пределы лнормальной физиологии не сопровождается необратимыми модификациями процессов метаболизма, систем регуляции и других жизненно важных функций растительного организма, то растения активно используют различные физиологические механизмы приспособления к неблагоприятным условиям среды.
Мурманская область является одним из наиболее развитых в промышленном отношении регионов за Полярным кругом. В связи с этим, возникла потребность определения влияния отдельных загрязнителей на почву и кормовые растения. Для оценки фитотоксичности тяжелых металлов (ТМ) использовали наиболее общую ответную реакцию растений - снижение их биопродуктивности под влиянием поллютантов. Поскольку в реальных условиях загрязнение растений ТМ имеет комплексный характер, то наиболее корректное описание их фенотипических модификаций достигается при использовании системного подхода.
В модельном опыте исследовали влияние меди, цинка и марганца на всхожесть семян и продуктивность 10-дневных проростков овса посевного сорта Хибины 2 с использованием различных методов многомерного статистического анализа (Дубров и др., 2003).
Трехфакторный лабораторный опыт проводили по схеме 15-ти вариантного плана Бокса-Бенкена (Маркова, Лисенков, 1979) в пластмассовых вазонах, заполненных 0,3 кг приозерного песка с низким (0,06%) содержанием гумуса. Испытывали следующие концентрации металлов (в виде их сульфатов): медь - 0-6-12 мг элемента/кг песка, цинк - 0-14-28 мг/кг, марганец - 0-16-32 мг/кг субстрата. Во всех вариантах опыта в качестве поддерживающего питательного фона применяли азофоску - N200P200K200 мг д.в./кг песка.
Матрица планирования эксперимента и исходные экспериментальные данные, отражающие характер влияния различных доз ТМ на основные компоненты биопродуктивности растений овса, представлены в табл. 6.
Таблица 6
Влияние тяжелых металлов на морфометрические показатели
растений овса
Вариант опыта | Дозы элементов, мг/кг песка | Компоненты продуктивности, мг | |||||
Cu | Zn | Mn | МЛ | МС | МК | ||
1 | 0 | 0 | 16 | 9,1 | 3,3 | 6,4 | |
2 | 12 | 0 | 16 | 7,2 | 3,7 | 1,5 | |
3 | 0 | 28 | 16 | 8,3 | 3,3 | 4,6 | |
4 | 12 | 28 | 16 | 7,1 | 3,3 | 2,3 | |
5 | 0 | 14 | 0 | 8,0 | 2,4 | 4,6 | |
6 | 12 | 14 | 0 | 6,8 | 3,1 | 1,1 | |
7 | 0 | 14 | 32 | 9,7 | 3,6 | 4,9 | |
8 | 12 | 14 | 32 | 7,1 | 3,5 | 1,0 | |
9 | 6 | 0 | 0 | 9,0 | 3,8 | 2,9 | |
10 | 6 | 28 | 0 | 8,7 | 3,5 | 2,0 | |
11 | 6 | 0 | 32 | 8,3 | 3,4 | 2,0 | |
12 | 6 | 28 | 32 | 7,7 | 3,1 | 2,1 | |
13 | 6 | 14 | 16 | 8,2 | 3,5 | 1,9 | |
14 | 12 | 28 | 32 | 6,4 | 2,8 | 1,2 | |
15 | 0 | 0 | 0 | 9,0 | 3,3 | 6,7 | |
Выборочные статистические оценки | X | 8,0 | 3,3 | 3,0 | |||
S | 1,0 | 0,4 | 1,9 | ||||
V | 12,0 | 10,7 | 63,8 | ||||
Примечание: Х - средняя арифметическая, S - стандартное отклонение, V - коэффициент вариации, %.
Статистическая обработка исходных данных показала, что в условиях искусственного металлопрессинга у проростков овса наиболее сильно изменялась масса корней, а наименьший диапазон модификационной изменчивости был характерен для массы стеблей.
Максимальное ингибирование роста надземных и подземных органов у овса наблюдалось под влиянием возрастающих доз меди. Действие других металлов на габитуальную структуру тест-объекта оказалось менее выраженным.
Дополнительную информацию о структуре связей исходных данных можно получить с помощью факторного анализа (табл.7).
Таблица 7
Результаты факторного анализа исходных экспериментальных данных
с использованием метода главных компонент
Факторы, показатели | Главные компоненты | |
1 | 2 | |
Медь | 0,96* | 0,00 |
Цинк | 0,28 | 0,70* |
Марганец | 0,39 | 0,01 |
Масса листьев | - 0,79* | - 0,48 |
Масса стеблей | 0,18 | - 0,91* |
Масса корней | - 0,94* | -0,04 |
Собственное значение вектора | 2,87 | 1,39 |
Доля общей дисперсии, % | 47,8 | 23,1 |
Примечание: 1. Способ вращения осей - варимакс нормализованный; 2. Собственные значения векторов и доли общей дисперсии относятся к ситуации до вращения осей; 3. Звездочкой (*) отмечены наиболее существенные факторные нагрузки, равные или превышающие по модулю 0,7.
Из общего вида матрицы факторных нагрузок следует, что первая главная компонента, объясняющая 47,8% суммарной дисперсии переменных, наиболее тесно связана с медью, массой листьев и массой корней. В состав этой же компоненты входит, правда в лрезидентном режиме, и марганец. В структуре второй главной компоненты, объясняющей 23,1% общей вариабельности тестовых переменных, самыми высокими значениями факторных нагрузок выделяются цинк и масса стеблей. Выявленные закономерности свидетельствуют о том, что формирование ассимилирующих органов и корневой системы у проростков овса находилось преимущественно под контролем меди. На формирование стеблей основное влияние оказывал цинк, тогда как роль других элементов была минорной. На фоне применения N200P200K200 мг д.в./кг песка наилучшее развитие проростков овса отмечено при внесении в субстрат только одного элемента - марганца в дозе 32,0 мг/кг песка.
Содержание биологически аккумулированных форм тяжелых металлов в фотоавтотрофной (надземной) части проростков овса прямо коррелировало с их дозами в песчаном субстрате (табл.8). Наиболее тесная корреляция между содержанием ТМ в корнеобитаемой среде и в растениях наблюдалась для Mn (r = 0,93), а самая низкая - для Cu (r = 0,84). Это позволяет предполагать, что Cu и Zn аккумулировались преимущественно в корнях растений овса (эффект лзадержания, обусловленный существованием поясков Каспари, деятельностью фитохелатинов, наличием вакуолярных депо и т.д. (Черных, Сидоренко, 2003), а Mn отличался более высокой подвижностью и легко передвигался в надземные органы тест-объекта. Таким образом, по степени физиологической мобильности изученные металлы можно расположить в следующий ранжированный ряд: Mn > Zn > Cu.
Таблица 8
Корреляционная матрица, отображающая силу и направленность линейных эффектов влияния тяжелых металлов на экспрессию морфометрических и физиологических показателей у растений овса
Показатели | Управляющие факторы | ||
Cu | Zn | Mn | |
рНводн. субстрата | - 0,49 | - 0,31 | - 0,31 |
рНKC субстрата | 0,37 | - 0,29 | 0,22 |
Всхожесть семян, % | - 0,59 | - 0,22 | 0,14 |
Масса листьев, г | - 0,90 | - 0,34 | - 0,01 |
Масса стеблей, г | - 0,49 | - 0,32 | - 0,15 |
Масса корней, г | - 0,89 | - 0,17 | - 0,05 |
Общая масса растения, г | - 0,92 | - 0,26 | - 0,05 |
Медь, мг/кг сух. массы раст. | 0,84 | 0,19 | - 0,01 |
Цинк, мг/кг сух. массы раст. | - 0,28 | 0,90 | - 0,09 |
Марганец, мг/кг сух. массы раст. | - 0,22 | 0,00 | 0,93 |
Содержание воды, % | - 0,52 | - 0,39 | - 0,14 |
Коэффициент поврежд. мембран, % | - 0,88 | 0,15 | 0,16 |
Содержание МДА, отн.ед. | 0,03 | 0,45 | 0,05 |
Во всех изученных ситуациях не выявлено заметных статистических эффектов взаимодействия ТМ в процессах их аккумуляции растениями овса, хотя поглощение каждого из них в отдельности в той или иной степени зависело от фоновых концентраций остальных металлов.
Проведенные опыты показали, что биоаккумуляция исследованной группы ТМ ювенильными растениями овса определялась преимущественно концентрацией металлотоксикантов в эдафической среде и сравнительно слабо зависела от конкурентных взаимоотношений между ними. Основными морфоструктурными мишенями для ТМ оказались корневая система и фотосинтезирующие органы (листья) проростков овса. На габитуальном уровне самой высокой фитотоксичностью характеризовалась медь, а антагонистом по отношению к ней выступал цинк. В условиях металл-индуцированного окислительного стресса ионы цинка и марганца усиливали процессы свободно-радикального окисления липидов и неспецифическую ионную утечку в тканях листьев овса, а медь, напротив, стабилизировала интегральную целостность клеточных мембран на фоне применения поддерживающих доз минеральных удобрений, что можно рассматривать как проявление одного из альтернативных путей сохранения физиологического гомеостаза.
Оптимизация корневого питания растений является многоцелевой задачей, реализация которой зависит от обеспечения рационального соотношения в почве макро- и микроэлементов (Ринькис, Ноллендорф, 1982). Для решения этой задачи очень часто используют методологию активных многофакторных экспериментов (Литвак, 1990).
Эксперимент осуществляли по схеме 18-вариантного латинского прямоугольника для шести факторов при варьировании каждого из факторов на трех уровнях (Бродский и др., 1982). Азот (N) вносили в дозах 0-120-240 мг д.в./кг песка, фосфор (P2O5) - 0-1000-2000 мг/кг, а калий (K2O) - 0-150-300 мг/кг субстрата. Максимальные дозы макроэлементов приблизительно соответствовали их содержанию в хорошо окультуренных старопахотных почвах Мурманской области (Елсаков, 1990). Медь вносили в количестве 0-4-8 мг элемента/кг песка, цинк - 0-7-14 мг/кг, а марганец - 0-4-8 мг/кг субстрата. Заметим, что среднее содержание подвижных форм данных элементов в пахотном слое (0-20 см) песчаных и супесчаных почв сельскохозяйственного назначения в Мурманской области находится в следующем диапазоне: Cu - 4,8-6,0, Zn - 2,6-2,7, Mn - 29-72 мг/кг (Елсаков, 1997).
Подбор оптимальных доз и соотношений макро- и микроэлементов, наиболее благоприятных для формирования надземной и подземной фитомассы растений овса, является достаточно сложной многофакторной задачей. Для ее аналитического решения мы использовали алгоритмы статистической процедуры "профили отклика/желательности", входящие в модуль "Планирование эксперимента" программы STATISTICA. Результаты оптимизации питания растений овса приведены в табл. 9. Кроме статистики R2, в ней представлены расчетные (ожидаемые) значения габитуальных характеристик тест-объекта и значения частных функций желательности (ФЖ, %) для этих показателей, полученные при использовании соответствующих статистических моделей. Сравнительный анализ материалов этой таблицы показывает, что влияние микроэлементов на формирование надземной, подземной и общей фитомассы проростков овса выражено гораздо сильнее, чем влияние макроэлементов.
Таблица 9
Результаты статистической оптимизации питания растений овса
Показатели | Вари-анты | R2 х 100% | Yрасч. | ФЖ, % | Дозы элементов, мг д.в./кг песка | |||||
N | P2O5 | K2O | Cu | Zn | Mn | |||||
Надземная масса растения, мг | 1 | 51,3 | 110,1 | 84,1 | 120 | 889 | 167 | - | - | - |
2 | 65,3 | 117,7 | 98,0 | - | - | - | 0 | 14,0 | 0 | |
3 | 95,9 | 118,8 | 100,0 | 120 | 889 | 167 | 0 | 13,2 | 8,0 | |
Масса корней растения, мг | 4 | 38,7 | 40,7 | 73,1 | 0 | 1111 | 0 | - | - | - |
5 | 74,1 | 53,2 | 96,1 | - | - | - | 0 | 14,0 | 0 | |
6 | 91.4 | 55,3 | 100,0 | 0 | 1000 | 217 | 0 | 14,0 | 7,6 | |
Общая масса растения, мг | 7 | 38,1 | 139,9 | 72,2 | 80 | 1111 | 167 | - | - | - |
8 | 74,7 | 168,9 | 100,0 | - | - | - | 0 | 14,0 | 0,4 | |
9 | 93,4 | 168,8 | 100,0 | 80 | 1111 | 200 | 0 | 14,0 | 7,1 | |
Всхожесть семян, % | 10 | 55,1 | 90,0 | 100,0 | 147 | 667 | 67 | - | - | - |
11 | 34,2 | 91,3 | 100,0 | - | - | - | 1.3 | 14,0 | 8,0 | |
12 | 54,7 | 90,1 | 100,0 | 120 | 889 | 217 | 2.2 | 14,0 | 8,0 | |
Примечание: 1. Варианты 1,2,4,5,7,8,10,11 - результаты расчетов с использованием квадратичных моделей; варианты 3,6,9,12 - с применением моделей главных эффектов.
2. R2 - коэффициент множественной детерминации статистических моделей; Yрасч. - расчетные значения показателей для каждого вида аппроксимирующих уравнений; ФЖ - функция желательности для данных уравнений.
Приведенные в табл. 9 оптимальные расчетные дозы макро- и микроудобрений для показателя лобщая масса растений овса, представляют собой компромисс между физиологической потребностью автотрофных и гетеротрофных органов растений овса в элементах питания. Среди макроэлементов в этой сбалансированной системе питания целостного растения доминирующую роль играет фосфор, а среди микроэлементов - цинк. Оптимальное соотношение между N : P : K для общей массы растений овса, найденное по результатам вычислительного эксперимента - N80 : P1111 : K200 или 1 : 14 : 2.5, хорошо согласуется с результатами исследований В.В. Церлинг (1990). По ее данным (полученным методом листовой диагностики), оптимальный баланс валового содержания макроэлементов (N : P : K) составляет, например, для зерновых культур 1 : 12 : 1,2, для картофеля - 1 : 15 : 1,2, а для огурцов - 1 : 15 : 1,4.
В полевом опыте проводили также подбор наиболее рациональных доз минеральных удобрений для культуры овса на основе применения методов многофакторной и многокритериальной статистической оптимизации (Грачев, Плаксин, 2005). В качестве объекта для проводившегося опыта, использовали овес посевной сорта Хибины 2.
Решение задачи оптимизации минерального питания полевой культуры овса включало два этапа: а) построение регрессионных моделей для каждой целевой переменной и частных функций желательности для них; б) построение общего профиля желательности для всей совокупности откликов. На первом этапе реализации оптимизирующей процедуры строили квадратичные модели, включающие в свою структуру линейные и квадратичные эффекты влияния удобрений, а также эффекты их двухфакторных взаимодействий. С целью оценки аппроксимирующих лкачеств построенных моделей использовали коэффициенты детерминации (R2 × 100 %) и частные функции желательности (ЧФЖ), отображающие степень согласованности расчетных и реальных экстремумов анализируемых показателей (табл. 10). Для расчета ЧФЖ натуральные значения результативных признаков трансформировали в безразмерную шкалу желательности, имеющую интервал от 0,0 до 1,0 (Адлер и др., 1976). Высший уровень желательности (1,0) присваивали максимальным значениям габитуальных и физиолого-биохимических показателей, а низший (0,0) - наибольшей концентрации нитратов в листостебельной массе растений овса. Для всех них (кроме содержания нитратов) вычисляли дозы удобрений, способствующие их максимизации, а для нитратов - минимизации.
Из материалов этой таблицы 10 видно, что дозы минеральных удобрений, оптимизирующие основную (биопродуктивность растений овса) и вспомогательные целевые функции (качественные характеристики урожая), являются различными, а порою даже взаимоисключающими. В ходе построения общего профиля желательности для совокупности рассматриваемых откликов установлено, что при использовании минеральных удобрений в количестве N130P900K200 формируется сравнительно высокий урожай овса с хорошим химическим составом (все показатели включали в анализ с весовыми коэффициентами, равными 1,0). Выход массы листьев овса на этом фоне питания составляет 1,04, массы стеблей - 5,38, а общей фитомассы - 6,42 кг/м2. Содержание сухого вещества в листостебельной массе овса достигает 22,9, сырого белка - 14,2, водорастворимых углеводов - 27,6 %, аскорбиновой кислоты - 2,65, хлорофиллов - 5,69 и каротиноидов - 0,77 мг/г сухой массы тест-объекта. Одновременно наблюдается существенное уменьшение концентрации нитратов - до 4,78 мг/г. В целом, о целесообразности практического использования данной комбинации удобрений свидетельствует сравнительно высокое значение обобщенной функции желательности для агрегированного отклика - 0,60.
Таблица 10
Результаты однокритериальной оптимизации минерального питания овса сорта Хибины 2
Показатель | Размах (min-max) | Среднее значение показателя | Коэффи- циент вариации, % | R2, % | ЧФЖ | Расчетное значение экстремума | Дозы удобрений, мг д.в./кг почвы | ||
N | P2O5 | K2O | |||||||
Общая масса растений, кг/м2 | 2,62 - 7,18 | 5,28 | 25,2 | 86,0 | 1,00 | 7,22 | 220 | 430 | 350 |
Масса листьев, кг/м2 | 0,68 - 1,38 | 0,92 | 22,8 | 87,6 | 0,79 | 1,32 | 30 | 1600 | 230 |
Масса стеблей, кг/м2 | 1,90 - 5,88 | 4,35 | 26,4 | 85,0 | 1,00 | 5,99 | 220 | 850 | 350 |
Сухое вещество, % | 18,6 - 23,9 | 22,1 | 6,3 | 56,6 | 1,00 | 24,8 | 230 | 1600 | 50 |
Сырой белок, % | 9,3 - 17,2 | 13,8 | 17,4 | 98,8 | 1,00 | 17,7 | 230 | 1600 | 110 |
Водорастворимые углеводы, % | 18,2 - 32,1 | 25,5 | 14,9 | 95,1 | 0,90 | 31,8 | 30 | 200 | 160 |
Нитраты, мг/г | 2,1 - 15,5 | 6,9 | 58,7 | 94,7 | 1,00 | 1,9 | 30 | 290 | 110 |
Аскорбиновая кислота, мг/г | 2,02 - 2,90 | 2,55 | 9,4 | 34,1 | 0,72 | 2,76 | 130 | 1600 | 280 |
Хлорофилл, мг/г | 3,5 - 8,0 | 5,4 | 22,7 | 92,4 | 1,00 | 8,4 | 230 | 200 | 330 |
Каротиноиды, мг/г | 0,54 - 1,12 | 0,84 | 20,2 | 58,3 | 0,81 | 1,08 | 30 | 1600 | 50 |
Резюмируя результаты натурного опыта и вычислительных экспериментов, отметим, что подобранные нами оптимальные дозы минеральных удобрений для полевой культуры овса, подтверждают известную концепцию А.И. Коровина (1972) о необходимости применения в районах Заполярья так называемых лсеверных доз минеральных удобрений, характерной особенностью которых является доминанта фосфатов по отношению к азоту и калию.
В Мурманской области при рекультивации селитебных и техногенно-нарушенных территорий, а также при создании кормовых угодий с.-х. назначения нередко используются трехкомпонентные злаковые травосмеси, в состав которых входят верховые, полуверховые и низовые злаки. Достаточно часто применяется комбинация из лисохвоста лугового, овсяницы луговой и овсяницы красной, позволяющая создавать фитоценоз среднего долголетия (5-7 лет хозяйственного пользования). Лисохвост луговой в таком фитоценозе обладает недостаточно пролонгированной конкурентоспособностью, что обусловливает практическую необходимость в подборе более жизнеспособного аналога.
В предварительных краткосрочных экспериментах нами было установлено, что данный вид с успехом может быть замещен лисохвостом тростниковым (ЛТ) местного происхождения (Терское побережье Белого моря), отличающимся высокой интегральной адаптацией к холодному гумидному климату Кольского полуострова. По кормовым качествам он не уступает лисохвосту луговому, а по экологической пластичности и биологической продуктивности превосходит его.
Была изучена была зимостойкость этого вида. Выяснилось, что на первом году жизни она существенно зависит от режима минерального питания, детерминирующего общий габитус и физиологическое состояние фотоавтотрофных органов данного экотипа. Ключевым условием успешной перезимовки ЛТ в экстремальных почвенно-климатических условиях Кольской Субарктики является применение биогенных макроэлементов с доминантой фосфорного компонента в их составе - например, N30P900K350 мг д.в./кг субстрата. На этом фоне минерального питания повышение зимостойкости растений ЛТ происходит за счет оптимизации фосфат-зависимых адаптивных процессов на разных уровнях организации ассимиляционного аппарата, а также за счет формирования экологически рациональной архитектуры целостного растительного организма.
Основной вывод состоит в том, что ЛТ, обладающий достаточно высокой конкурентной мощностью и экотопической толерантностью, может вполне обоснованно вводиться в состав травосмесей для создания среднесрочных луговых фитоценозов. Однако он является перспективным не только для лугопастбищного травосеяния в северных регионах, но и для решения фиторекультивационных задач. Данный вид может применяться для садово-паркового строительства, задернения промышленных отвалов, хвостохранилищ и т.д., то есть использоваться в качестве рекультиванта на техногенно-нарушенных территориях. Для целей фиторекультивации суммарная норма высева изученных видов трав (овсяница луговая и красная, лисохвост тростниковый) должна быть увеличена на 30-40% по сравнению с с.-х. нормативами, что позволит им в полной мере реализовать свой конкурентный потенциал в условиях искусственного фитоценоза.
В целом можно заключить, что при соблюдении оптимальной агротехники все изученные культуры могут быть основой для получения высоких и качественных урожаев на Кольском севере.
Агроэкологическая характеристика городских почв
В России до сих пор сохраняется много препятствий на пути создания здоровой, экологичной городской среды. Территории многих городов и число их жителей постоянно растут, из мегаполисов урбанизированные территории превращаются в урбоареалы (Тетиор, 2006). В Мурманской области, где доля городского населения составляет 92% (Доклад о социально-экономическом развитии Мурманской области, 2009 г.), проблемы создания благоприятных условий для проживания стоят достаточно остро и требуют постоянного внимания специалистов для их разрешения. В условиях техногенного кризиса природа отступает под техногенным давлением. Для восстановления экологического равновесия между застроенной и природной средами необходима экологизация урбанизированных территорий, включающая реконструкцию мест расселения и реставрацию нарушенных ландшафтов. Важнейшей составляющей частью таких ландшафтов являются городские почвы. Проведено комплексное изучение городских почв, включающее не только общепринятые агрохимические показатели, но и радиоэкологические исследования тех же почвенных образцов.
Антропогенные глубоко преобразованные почвы образуют группу собственно городских почв - урбанозёмов, в которых горизонт урбик имеет мощность более 50 см. Они подразделяются на 2 группы:
1. Физически преобразованные почвы, в которых произошла физико-механическая перестройка профиля (урбанозём, культурозём, некрозём, экранозём);
2. Химически преобразованные почвы, в которых произошли значительные хемогенные изменения свойств и строения профиля за счёт интенсивного химического загрязнения как воздушным, так и жидкостным путём, что и отражается на их разделении (индустризём, интрузём).
Для городских почв характерен диагностический горизонт "урбик" (от слова urbanus - город), как специфический горизонт гонродских почв. Присутствие горизонта "урбик" является основным отличием собстнвенно городских почв от естественных. Городнские почвы выполняют разнообразные экологические функции. Главными функциями городской почвы являются: продукнтивность, т.е. ее пригодность для произрастания зеленых насажндений; способность сорбировать в толще загрязняющие вещества и удерживать их от проникновения в почвенно-грунтовые воды, а также от поступления пыли в городской воздух. В соответствующей главе представлены морфологические описания 17 урбанозёмов городов Мурманска, Кировска и Апатитов. Показано, что городские почвы заметно отличаются по морфологии от зональных почв. В первую очередь это относится к самому верхнему горизонту, обычно уплотненному, который в большинстве случаев образован в результате перемешивания остатков естественных горизонтов, как правило, иллювиально-гумусовых почв, последующего привнесения комков торфа, посторонних включений (остатки стекла, камни, бытовой мусор и т.д.). Такой внешний вид заранее предполагает определенную загрязненность почв, это позволяют выявить соответствующие агрохимические анализы на водно-физические и химические свойства.
При изучении агрохимических свойств исследовали два верхних слоя почвы, в которых сконцентрирована основная масса корней растений. Данные, полученные в результате физико-химических анализов образцов почв г.Апатиты, приведены в таблице 11.
Урбанозёмы г. Апатиты по уровню кислотности преимущественно относятся к нейтральным, но присутствуют образцы, которые относятся к слабощелочным или даже кислым. Потеря при прокаливании показывает заметную пестроту почв по содержанию
органического вещества - как между отдельными точками отбора, так и по слоям (5,8-40,4%). Состав обменных катионов, во многом определяющий физические свойства почв, свидетельствует, что их содержание, как правило, ниже, чем в естественных почвах. Показатель гидролитической кислотности колеблется от 0,2 до 4,1 мг-экв/100г. С емкостью катионного обмена связана устойчивость почв к антропогенным воздействиям. Для большинства образцов этот показатель невысок - от 5,0 до 9,8 , но на одном из участков он достигает 39-61 мг-экв/100г. По насыщенности почв основаниями этот участок нуждается в известковании, в отличие от остальных, где в этом нет необходимости, и насыщенность составляет выше 80%. В целом, эти городские участки имеют удовлетворительные физико-химические свойства, что позволяет выращивать на них растения с целью озеленения.
Таблица 11.
Физико-химическая характеристика почв г.Апатиты
Обра-зец | Глуби-на, см | ППП % | рН вод. | Нг | Сa2+ | Mg2+ | Сумма погл. осно-ваний | ЕКО | Насы-щен- ность, % |
мг-экв/100г | |||||||||
1-07 | 0-27 | 20,9 | 6,7 | 0,4 | 9,1 | 0,3 | 9,4 | 9,8 | 96 |
27-47 | 9,9 | 6,7 | 0,2 | 6,2 | 0 | 6,2 | 6,5 | 96 | |
2-07 | 0-9 | 10,5 | 6,2 | 0,7 | 4,8 | 0,2 | 5,1 | 5,8 | 87 |
9-15 | 13,1 | 6,2 | 0,9 | 5,9 | 0,4 | 6,4 | 7,3 | 87 | |
3-07 | 0-9 | 40,4 | 6,6 | 1,7 | 14,2 | 5,9 | 20,1 | 21,8 | 92 |
9-30 | 9,8 | 6,3 | 0,3 | 4,1 | 0,4 | 4,5 | 4,8 | 93 | |
4-07 | 0-10 | 20,3 | 6,1 | 1,4 | 6,7 | 0,8 | 7,5 | 8,9 | 84 |
10-18 | 18,4 | 6,1 | 1,3 | 5,8 | 0,4 | 6,2 | 7,5 | 82 | |
5-07 | 0-9 | 39,9 | 5,0 | 25,0 | 12,5 | 1,2 | 13,6 | 38,7 | 35 |
9-20 | 40,0 | 4,8 | 49,0 | 11,2 | 1,1 | 12,3 | 61,3 | 20 | |
6-07 | 0-12 | 8,9 | 7,3 | 4,1 | 5,0 | 0,1 | 5,1 | 9,2 | 55 |
12-20 | 5,8 | 7,4 | 0,2 | 4,8 | 0 | 4,8 | 5,0 | 96 | |
В таблице 12 представлены данные о содержании некоторых элементов питания растений в исследуемых почвах. Хорошо заметны различия по содержанию фосфора в исследуемых слоях, где преобладает тенденция его накопления ближе к поверхности почвы. По содержанию фосфора почвы можно отнести к мало- (< 25) и среднеобеспеченным (25-50 мг/100 г) этим элементом (по классификации Кирсанова).
Таблица 12
- Содержание элементов питания растений в почвах г.Апатиты
Образец | Глубина, см | Р2О5 | К2О | Подвижная S, мг/кг | Микроэлементы, мг/кг | |||
мг/100г | Cu | Zn | B | |||||
1-07 | 0-27 | 19,6 | 15,9 | 16,2 | 13,8 | 9,7 | 0,8 | |
27-47 | 26,4 | 8,4 | 10,4 | 7,9 | 3,4 | 0,4 | ||
2-07 | 0-9 | 34,8 | 43,3 | 12,7 | 16,5 | 7,8 | 0,5 | |
9-15 | 31,8 | 32,9 | 8,6 | 20,0 | 8,5 | 0,7 | ||
3-07 | 0-9 | 81,1 | 113,0 | 17,6 | 13,6 | 13,2 | 5,8 | |
9-30 | 37,9 | 38,2 | 22,0 | 19,1 | 11,2 | 0,5 | ||
4-07 | 0-10 | 27,2 | 40,3 | 18,2 | 17,0 | 9,1 | 1,4 | |
10-18 | 14,3 | 23,4 | 13,9 | 21,4 | 3,4 | 0,8 | ||
5-07 | 0-9 | 27,0 | 34,2 | 24,8 | 17,5 | 8,9 | 1,6 | |
9-20 | 22,6 | 13,4 | 28,8 | 15,7 | 5,9 | 1,3 | ||
6-07 | 0-12 | 20,5 | 11,7 | 21,7 | 9,8 | 5,7 | 0,4 | |
12-20 | 31,8 | 8,0 | 16,5 | 8,0 | 0,6 | 0,7 | ||
Просматривается четкая закономерность уменьшения содержания калия в нижележащих слоях этих почв. По классификации Кирсанова почвы имеют низкое содержание подвижного калия (за исключением одного образца со 113 мг-экв/100г) и относятся к 1-й и 2-й группам по обеспеченности им. Сравнивая данные содержания фосфора и калия в городских почвах с аналогичными в естественных, можно сделать вывод, что почвы в городе более обогащены этими элементами.
Колебания в содержании подвижной серы в образцах составляют от 8,6 до 28,8 мг/кг почвы и их значения близки в каждом из исследованных слоев. Такие показатели обусловлены, вероятно, техногенным загрязнением и при дальнейшем увеличении содержания подвижной серы могут привести к угнетению городской растительности.
Недостаток микроэлементов в почве значительно снижает вегетативную массу растений и её качество, вызывает серьезные физиологические расстройства и нередко приводит к гибели растений уже в раннем возрасте. Наличие в почве подвижных форм микроэлементов является также важным показателем плодородия почв. Медь в урбанозёмах г.Апатиты накапливается в значительных количествах, в среднем около 14 мг/кг, что превышает оптимальные значения для растений на минеральных почвах (5 мг/кг). Содержание цинка, как правило, ниже оптимального показателя (10 мг/кг) почвы, а бора близко к нему (1 мг/кг). Таким образом, урбанозёмы г.Апатиты имеют невысокое содержание основных питательных элементов и большинства микроэлементов. Для озеленительных целей эти почвы нуждаются в проведении ряда стандартных агротехнических мероприятий, в частности, известкования, внесения органических и минеральных удобрений.
Таблица 13
Содержание тяжелых металлов в почвах г.Апатиты
Образец | Глубина, см | Cu | Zn | Mn | Ni | Cd | Pb |
мг/кг почвы | |||||||
1-07 | 0-27 | 27,6 | 38,6 | 35,2 | 23,9 | 0,04 | 7,8 |
27-47 | 33,4 | 22,4 | 45,5 | 26,6 | 0,04 | 7,5 | |
2-07 | 0-9 | 33,7 | 65,3 | 50,4 | 18,6 | 0,1 | 27,0 |
9-15 | 34,1 | 48,9 | 46,8 | 26,1 | 0,1 | 33,4 | |
3-07 | 0-9 | 19,6 | 52,4 | 23,5 | 23,8 | 0,1 | 8,3 |
9-30 | 33,4 | 70,5 | 43,3 | 29,4 | 0,1 | 13,7 | |
4-07 | 0-10 | 25,7 | 56,4 | 46,2 | 16,5 | 0,2 | 15,6 |
10-18 | 53,0 | 32,6 | 31,2 | 26,2 | 0,1 | 9,7 | |
5-07 | 0-9 | 29,1 | 56,4 | 23,3 | 23,0 | 0,1 | 12,0 |
9-20 | 31,6 | 44,9 | 30,7 | 21,0 | 0,1 | 10,2 | |
6-07 | 0-12 | 34,1 | 54,8 | 63,8 | 13,4 | 0,2 | 8,9 |
12-20 | 31,3 | 44,8 | 67,6 | 12,0 | 0,1 | 6,6 | |
ПДК | 33 | 55 | 1500 | 20 | 0,5 | 32 | |
Необходимость изучения накопления тяжелых металлов в урбанозёмах связана с их негативной ролью в современных процессах загрязнения окружающей среды. Источники поступления ТМ в почву делятся на природные (выветривание горных пород и минералов, эрозионные процессы, вулканическая деятельность) и техногенные (добыча и переработка полезных ископаемых, сжигание топлива, влияние автотранспорта, сельского хозяйства и т.д.). Данные, представленные в таблице 13 свидетельствуют о том, что содержание некоторых тяжелых металлов в урбаноземах г.Апатиты превышает значения ПДК.
Медь в основном накапливается в нижних горизонтах почв (60% от общего количества) и прослеживаются колебания содержания Cu по отдельным точкам отбора от 19,6 до 53 мг/кг почвы. В большинстве образцов установлено повышенное наличие меди, которое превышает значение ПДК, за исключением образца 5-07. По содержанию цинка наблюдаются различия по исследованным слоям, и прослеживается тенденция его накопления ближе к поверхности почвы. В четырех образцах (2-07, 3-07, 4-07, 5-07) из шести установлено превышение значения ПДК. Содержание марганца в образцах колеблется от 23,3 до 67,6 мг/кг почвы, и его величины близки как в верхнем (в среднем 40 мг/кг), так и в нижнем (44 мг/кг) горизонтах. Значения содержания марганца в почвах не превышают ПДК. Никель у поверхности аккумулируется в меньшей степени и его содержание в среднем составляет 22 мг/кг почвы. В основном все почвенные образцы по присутствию никеля выше ПДК и отличаются повышенным его количеством, кроме образца 6-07, где содержание этого элемента относительно низкое. Отмечается снижение содержания свинца в нижележащих горизонтах, за исключением образца 3-07, где свинец накапливается в нижнем слое. Содержание этого элемента в большинстве образцов не превышает ПДК, за исключением образца 2-07. Установлено незначительное содержание кадмия для всех образцов при отсутствии существенных различий по слоям, не превышающее установленных значений ПДК.
Следовательно, можно сделать вывод, что почвы г. Апатиты имеют неблагоприятные показатели по содержанию таких элементов как медь, цинк, никель, которые находятся в почве в количествах, превышающих установленные значения ПДК. Свинец, кадмий и марганец содержатся в меньших количествах и практически не превышают ПДК. Согласно результатам проведённых исследований, почвы г.Апатиты нуждаются в очищении от ряда тяжелых металлов, что требует проведения определенных работ по санации почвенного покрова.
Все полученные данные по 20-ти показателям (результаты агрохимического исследования образцов, исследование их на наличие питательных веществ, микроэлементов и ТМ) были статистически обработаны. Для определения достоверности различий между слоями использовали t-критерий Стьюдента для зависимых выборок. Результаты расчетов показали, что по значительному числу показателей отсутствуют достоверные различия по слоям. Это показывает, что оба слоя достаточно однородны и хорошо перемешаны. Четкое различие между ними установлено только по следующим показателям: потери при прокаливании (ППП), содержание Ni, Сd и Zn (рис. 5).
Рис. 5. Статистически достоверные различия между слоями почвы
Анализ данных по морфологии урбанозёмов г. Кировска, их физико-химической характеристике и содержанию основных питательных веществ показал, что эти почвы близки к урбанозёмам г. Апатиты по многим показателям, но есть и различия. Так, для почв г. Кировска установлено более низкое содержание обменного кальция и совсем незначительное содержание обменного магния, или даже его отсутствие. Содержание подвижного фосфора в верхних слоях составляет в среднем, 44 мг/кг почвы, а в нижнем - 33 мг/кг почвы. По калию эти почвы относятся к малообеспеченным. Четких закономерностей в содержании микроэлементов по слоям не выявлено.
Урбанозёмы г. Мурманска относятся к слабокислым. Показатель гидролитической кислотности колеблется от 2,9 до 27,6 мг-экв/100г почвы. С емкостью катионного обмена связана устойчивость почв к антропогенным воздействиям. Сумма поглощенных оснований варьирует в исследованных образцах от 6,5 до 39,7 мг-экв/100г почвы. При сравнении этих данных с полученными в естественных условиях можно сделать вывод, что исследованные городские почвы менее кислые, более насыщены основаниями (для подзолистых почв она колеблется от 16 до 36% в органогенном и от 2 до 18% в минеральных горизонтах), и характеризуются в среднем более высоким показателем емкости обмена. Обменных кальция и магния в городских почвах больше, чем в естественных. В почвах г. Мурманска кальция в среднем содержится 17,2 мг-экв/100 г почвы, а в естественных подзолах в органогенном горизонте 11,8, и в нижележащих слоях 0,81 мг-экв/100г. По содержанию фосфора заметны различия по исследованным слоям, преобладает тенденция его накопления ближе к поверхности почвы. По содержанию фосфора большая часть этих почв относится к мало- (<25 мг/100 г) и среднеобеспеченным (25-50 мг/100 г). Отмечена четкая закономерность уменьшения содержания калия в нижележащих слоях. По классификации Кирсанова почвы г. Мурманска имеют мало подвижного калия, и относятся к 1-й и 2-й группам по обеспеченности. Проводилось определение содержания в почвах г. Мурманска следующих тяжелых металлов: меди, цинка, марганца, никеля, кадмия и свинца. Большая часть меди, цинка и марганца, поступивших на поверхность почвы, закрепляется в верхнем горизонте. Для других элементов такая тенденция не установлена. В целом, урбанозёмы г. Мурманска имеют повышенное содержание таких элементов как медь, цинк, никель, которые находятся в почве в количествах, превышающих установленные значения ПДК.
Радиоактивность почв обусловлена содержанием в них радионуклидов и подразделяется на естественную и искусственную. В окружающую среду радионуклиды поступают при работе АЭС и из других источников радиации, а на сельскохозяйственных землях их содержание может увеличиваться при внесении мелиорантов и различных минеральных удобрений, содержащих радиоактивные вещества в сырье, из которого они производятся. Радиационное загрязнение, как правило, не влияет на уровень плодородия, но приводит к накоплению радионуклидов в продукции растениеводства. Однако с увеличением уровня плодородия почвы концентрация радионуклидов в урожае снижается за счет увеличения биомассы культурных растений. Экологические последствия радиоционного загрязнения почв заключаются в следующем. Включаясь в биологический круговорот, радионуклиды через растительную и животную пищу попадают в организм человека, и, накапливаясь в нём, вызывают радиоактивное облучение. Радионуклиды, подобно многим загрязняющим веществам, постепенно аккумулируются в пищевых цепях. В экологическом отношении наибольшую опасность представляют 90Sr и 137Cs. Это обусловлено длительным периодом их полураспада, высокой энергией излучения и способностью легко включаться в биологический круговорот, в цепи питания (Куликов, 1990).
Результаты дозиметрического контроля проб почвы представлены в таблице 14.
Таблица 14
Результаты дозиметрического контроля проб почвы г. Апатиты
| Шифр пробы | Показания прибора, мкР/ч | Среднее значение, мкР/ч | Погреш-ность, мкР/ч | Погреш-ность, % отн. |
30 Ау | 11; 14; 18; 17; 16. | 15 | 2,2 | 14,7 |
30 Ву | 17; 15; 11; 14; 15. | 14 | 1,6 | 11,4 |
30 ВС | 16; 18; 16; 13; 14. | 15 | 1,6 | 10,7 |
31 Ау | 13; 14; 12; 13; 15. | 13 | 0,8 | 6,2 |
31 ВС | 20; 13; 16; 17; 17; | 17 | 1,6 | 9,4 |
32 Ао | 15; 12; 16; 7; 14. | 13 | 2,6 | 20,0 |
32 А2 | 16; 14; 16; 14; 13. | 15 | 1,2 | 8,0 |
32 В1 | 18; 14; 13; 16; 13. | 15 | 1,8 | 12,0 |
33 Ау1 | 16; 14; 15; 17; 16. | 16 | 0,8 | 5,0 |
33 Ау2 | 15; 17; 15; 15; 9. | 14 | 2,2 | 15,7 |
33 Ву | 16; 22; 13; 13; 18. | 16 | 2,8 | 17,5 |
34 Ао | 14; 18; 18; 17; 13. | 16 | 2,0 | 12,5 |
35 Ао | 12; 10; 14; 15; 11. | 12 | 1,6 | 13,3 |
36 Ао | 14; 16; 18; 17; 13. | 16 | 1,6 | 10,0 |
МЭД применяли в качестве первичного контроля для определения уровня -излучения почвы. Полученные данные использовались для определения времени экспозиции и объема пробы. Поскольку значения МЭД оказались низкими, то объем пробы для -спектрометрического анализа был максимальным (1 л), время экспозиции составляло 1800-3600 с. МЭД -излучения на поверхности воздушно-сухих проб почвы было равно 20 2мкР/ч, что соответствует нормальным условиям. Статистические показатели определения МЭД на поверхности воздушно-сухих проб почвы приведены в таблице 15.
Таблица 15
Статистические показатели определения МЭД на поверхности воздушно-сухих проб почвы
Статистические показатели | Среднее значение, мкР/ч |
Среднее | 27,6 |
Медиана | 15 |
Мода | 15 |
Стандартное отклонение | 1,42 |
Дисперсия выборки | 2,03 |
Эксцесс | -0,445 |
Сумма | 207 |
Счет | 14 |
Статистические показатели отвечают требованиям нормативных документов по радиационной безопасности (Нормы радиационной безопасности (НРБ-99,1999). В ходе исследований были проведены измерения проб урбанозёмов г. Апатиты на устройстве Гамма-спектрометр NaI спектрометрического комплекса Прогресс (Методика измерения...,1996). Измерения проводились в геометрии Маринелли, лполовина Маринелли и лчашка Петри. На рисунке 6 приведен пример типичного -спектра пробы почвы (образец 35-1), отобранного на территории г. Апатиты.
Рис.6. Гамма-спектр пробы почвы (образец 35-1). Р = 400 г, Т= 3600 с, 40K = 328 Бк/кг, 232Th = 12,5 Бк/кг, 226Ra = 79,7 Бк/кг, 137Cs = 80,3 Бк/кг.
Обнаружены природные радионуклиды (ПРН) рядов 238U (0,0002 мас. %) и 232Th (0,0007 мас. %), находящиеся на уровне кларков (Мельник, 2003), и 40К - на уровне 0,9 -7,0 мас. %. Результаты исследований приведены в таблице 16, где в столбцах со значениями удельной радиоактивности после знака приводится величина среднеквадратичного отклонения. Погрешность удельной активности для доверительной вероятности 0,95% составляет не больше 10 %, что соответствует требованиям радиационного контроля.
Таблица 16
Радиационно-гигиеническая и статистическая характеристика почв г. Апатиты
№ | Шифр пробы | Вес пробы, г | Время экспозиции, с | Удельная радиоактивность, Бк/кг | Аэфф, Бк/кг | |||
40К | 226Ra | 232Th | 137Cs | |||||
1 | 30 Ау | 361 | 3600 | 439128 | 158 | 219 | 24 | 8220 |
2 | 30 Ву | 815 | 3600 | 41498 | 175 | 145 | 02 | 7218 |
3 | 30 ВС | 919 | 3600 | 35786 | 347 | 206 | 02 | 6215 |
4 | 30Ау+Ву | 1176 | 3600 | 39587 | 195 | 205 | 02 | 8020 |
5 | 30Ау+ВС | 1279 | 3600 | 342 76 | 124 | 164 | 0 2 | 6416 |
6 | 31 Ау | 539 | 3600 | 37099 | 125 | 126 | 54 | 6115 |
7 | 31 ВС | 416 | 3600 | 30799 | 157 | 107 | 03 | 5614 |
8 | 31Ау+ВС | 955 | 3600 | 26168 | 94 | 104 | 12 | 4511 |
9 | 32 Ао | 120 | 3600 | 209194 | 2921 | 019 | 6319 | 6015 |
10 | 32-2 Ао | 31 | 3600 | 395528 | 3445 | 2450 | 8641 | 10727 |
11 | 32 А2 | 781 | 3600 | 30881 | 186 | 65 | 12 | 5313 |
12 | 32 В1 | 919 | 3600 | 35184 | 104 | 84 | 12 | 5113 |
13 | 32Ао+А2 | 904 | 3600 | 28774 | 84 | 64 | 53 | 4211 |
14 | 32Ао+В1 | 1042 | 3600 | 31475 | 134 | 64 | 32 | 4912 |
15 | 33Ау1 | 404 | 3600 | 418119 | 198 | 198 | 24 | 8120 |
16 | 33Ау2 | 111 | 3600 | 259216 | 3422 | 1523 | 413 | 7619 |
17 | 33Ау2 | 42 | 3600 | 305396 | 1233 | 3039 | 424 | 7920 |
18 | 33 Ву | 480 | 3600 | 490124 | 328 | 177 | 03 | 9825 |
19 | 33Ау1+Ау2 | 512 | 3600 | 28187 | 409 | 116 | 13 | 8020 |
20 | 33Ау1+Ву | 883 | 3600 | 38090 | 155 | 186 | 02 | 7218 |
21 | 33Ау2+Ву | 589 | 3600 | 24377 | 5810 | 116 | 03 | 9424 |
22 | 36 Ао | 980 | 3600 | 34482 | 21 | 276 | 115 | 7318 |
23 | 34 Ао | 487 | 3600 | 19474 | 399 | 46 | 519 | 6115 |
24 | 35 Ао | 400 | 3600 | 328113 | 8016 | 139 | 8014 | 12631 |
25 | 34-2 Ао | 487 | 3600 | 24687 | 157 | 7,27,1 | 6811 | 4712 |
Статистические показатели | ||||||||
Среднее | 329 | 24 | 14 | 16 | 70 | |||
Медиана | 328 | 17 | 13 | 2 | 72 | |||
Мода | 395 | 15 | 6 | 0 | 72 | |||
Стандартное отклонение | 74 | 17 | 7 | 28 | 21 | |||
Дисперсия выборки | 5419 | 305 | 55 | 780 | 450 | |||
Эксцесс | -0,36 | 3,53 | -0,32 | 1,36 | 0,59 | |||
Минимум | 194 | 2 | 0 | 0 | 41 | |||
Максимум | 490 | 80 | 30 | 86 | 126 | |||
Сумма | 8237 | 591 | 345 | 388 | 1752 | |||
Счет | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | |||
Техногенные радионуклиды (ТРН) в значительных количествах не обнаружены, кроме 137Cs, который распространен неравномерно в почвах г. Апатиты, его содержание колеблется в среднем от 0 до 51 Бк/кг, в зависимости от точки отбора (рис.7).
Рис. 7. Пространственное распределение радионуклидов в образцах почв отобранных на территории г. Апатиты. Обозначения: 1-25 - номера образцов
На рисунке 8 представлены графики пространственного распределения радионуклидов 226Ra и 232Th в почвенных образцах по глубине разреза, отобранных на территории г. Апатиты. Наибольшее содержание радионуклидов отмечено в слое глубиной приблизительно 20-30 см, это связано с глобальным загрязнением, а повышенное содержание радионуклидов в поверхностном слое (образец №32) связано с миграцией радионуклидов.
Пространственное распределение 137Cs по глубине разреза в почвенных образцах, показывает, что почвы города не радиоактивны, а этот элемент распространен в них неравномерно, его содержание колеблется в среднем от 0 до 51 Бк/кг.
Образец № 30 | Образец № 31 | |
Образец № 32 | Образец № 33 |
Рис.8. Пространственное распределение радионуклидов по глубине разреза в зависимости от места отбора проб.
На рисунке 9 представлена схема распределения эффективной удельной активности в поверхностном слое исследуемых образцах почв. Значение эффективной удельной активности колеблется в среднем в интервале 40-126 Бк/кг, что не превышает Аэфф=150 Бк/кг, следовательно, почвы г. Апатиты не радиоактивны.
Рис. 9. Эффективная удельная активность почв г. Апатиты.
Обозначения: 1- образец №30; 2 - образец №31; 3 - образец №32; 4 - образец №33; 5 - образец №34; 6 - образец №34-2; 7 - образец №35; 8 - образец №36.
В результате проведенных исследований установлено, что средние значения удельной активности радионуклидов в почве г. Апатиты равны (Бк/кг): 40K -330, 232Th - 14, 226Ra - 24, 137Cs - 16 (рис. 10), основной вклад в Аэфф вносит калий-40 (рис.11).
Рис. 10. Среднее значение удельной активности радионуклидов в почве
г. Апатиты.
Рис. 11. Вклад радионуклидов в Аэфф, %.
Из полученных данных можно сделать вывод о том, что основной вклад в эффективную удельную активность вносит 40К, его значительное содержание в урбаноземах г. Апатиты может быть связано в том числе и с внесением минеральных удобрений.
Такие же исследования были выполнены в почвах г.Мурманска. Средние значения удельной активности радионуклидов в почве города Мурманска равны (Бк/кг): 40K -327, 232Th - 19, 226Ra - 83, 137Cs - 2, основной вклад в Аэфф вносит калий-40. Сравнивая почвы городов Мурманска и Апатиты по содержанию калия, тория и цезия можно сделать вывод, что они практически равнозначны. По значениям эффективной удельной активности почвы г. Мурманска отличаются от почв г. Апатиты, за счет повышенного содержания радия и тория в горных породах Хибин. Результаты исследований показывают, что даже при значительной концентрации ядерно- и радиационно опасных объектов в Мурманской области урбанозёмы заполярных городов не имеют радиационного загрязнения, количество радионуклидов в пределах нормы и они не вызывают существенных изменений основных свойств городских почв.
Таким образом, агроэкологически изученные урбанозёмы заполярных городов имеют в целом удовлетворительные физико-химические свойства, в то же время установленно невысокое содержание основных питательных элементов и большинства микроэлементов. Для озеленительных целей эти почвы могут использоваться при условии проведения ряда хорошо известных агротехнических мероприятий, в частности, известкования, внесения органических и минеральных удобрений. Значение озеленения для городов Крайнего севера очень велико, особенно в условиях растущего антропогенного влияния. Проведение агроэкологических исследований городских почв и ландшафтное проектирование городских территорий, призванное оптимизировать ее экологические свойства, должно ориентироваться на обязательное изучение агрохимических свойств урбанозёмов, повышение качества почвенного покрова, что позволит обеспечить устойчивость природной составляющей городской среды.
Экологическая оценка земель сельскохозяйственного и рекреационного назначения
Непременным условием разработки современных систем агропромышленного производства должны быть многовариантность решений, возможность выбора в зависимости от природных и социально-экономических факторов. Требуется более обоснованный методологический уровень выполнения работы для перехода к таким моделям агропромышленного производства, которые были бы оптимизированы по совокупности определенных факторов. В первую очередь, по экологическим факторам, так как природа Заполярья гораздо более ранима, чем природа южных регионов. Здесь имеется в виду оптимизация хозяйственной деятельности по экономическим, социальным, производственным параметрам и ее экологизация. Под последним мы понимаем не только проведение природовосстановительных и природоохранных мероприятий, но и организацию производства в соответствии с разнообразными условиями ландшафтов и законами экологии, а следовательно, устранение причин тех или иных нарушений, а не их последствий.
Земельный фонд Мурманской области по состоянию на 01.01.2000 г. составлял 14490,2 тыс. гектаров и практически не менялся в течение 9 последующих лет. За отмеченный период происходили только структурные изменения за счет сокращения площадей земель сельскохозяйственного назначения, резкого роста земель запаса (рост на 119%) и заметного сокращения территорий оленьих пастбищ (уменьшение на 30%).
С конца прошлого столетия в земледелии Мурманской области сложилась тенденция к сокращению площадей пахотных угодий, что характерно и для ряда многих более южных регионов нашей страны. Однако там процесс обусловлен в том числе и интенсификацией производства со значительным ростом урожайности основных культур. Для Мурманской области основными причинами являются ухудшение экономического состояния сельхозтоваропроизводителей их вынужденного банкротства и сокращение численности населения, причем в первую очередь проживающего в пригородных зонах и сельской местности.
С 2008 г. Министерством сельского хозяйства РФ на агрохимическую службу возложено осуществление мониторинга состояния и плодородия земель сельскохозяйственного назначения. Агрохимической службой области ведётся ежегодный сбор и обработка оперативных данных о наличии и состоянии используемых или предназначенных для использования земель сельскохозяйственного назначения в Мурманской области. Согласно этим данным с 1990 г., на общем фоне снижения площади пахотных угодий с 18172 до 17634 га, по районам области тенденции различаются (таблица 17). Так, в Ловозерском районе, где развито оленеводство, пашни стало на 35 га больше. Более заметное увеличение произошло в г. Кандалакша с прилегающей территорией. При этом, в административном образовании г. Полярные Зори отмечено почти двойное уменьшение этого показателя. Пашня не используется преимущественно от 2 до 10 лет, при этом меньшая часть ее закустарена - 740 га, а большая - 1544 га, заболочена или подтоплена. Эродированные участки нехарактерны для Мурманской
Таблица 17
Оценка качественного состояния неиспользуемой пашни по Мурманской области, га
| Субъект Российской Федерации | Пашня | Состояние неиспользуемой пашни | Посевная площадь | Многолет-ние травы | Пашня, пригодная для введения в оборот | ||||
| По состоянию на: | Неисполь-зуемая пашня на 01.01.2008г. | Закустарен-ность и залесенность | Заболачи-вание и подтопле-ние | Эрозия | По состоянию на 01.01.2008 г. | ||||
1.01.1990 | 1.01.2008 | от 2 до 10 лет | |||||||
I.Печенгский район | 1503 | 1400 | 1149 | 941 | - | - | 251 | 251 | 522 |
II. Ковдорский район | 1855 | 1540 | 975 | 705 | - | - | 565 | 381 | 486 |
III. Терский район | 2064 | 2511 | 1876 | 1666 | 97 | 67 | 568 | 1188 | 1249 |
IV. Ловозерский район | 850 | 975 | 494 | 455 | 86 | - | 434 | 214 | 158 |
V. Кольский район | 5362 | 6235 | 2922 | 1224 | 1023 | - | 2739 | 1163 | 2071 |
VI.г. Апатиты* | 2780 | 2250 | 491 | 172 | 319 | - | 1782 | 1240 | 431 |
VII. г. Мончегорск* | 1024 | 729 | 729 | 729 | - | - | - | - | 394 |
VIII. г.Кандалакша* | 1314 | 1237 | 486 | 1090 | - | - | - | 96 | 818 |
IX. г. Полярные* Зори | 1420 | 757 | 437 | 418 | 19 | - | 320 | 178 | 220 |
ИТОГО по Мурманской области | 18172 | 17634 | 9559 | 740 | 1544 | 67 | 6659 | 4711 | 6349 |
* С подведомственной территорией, - прочерк - отсутствие данных площадей.
области, их всего 67 га. Неиспользуемая сейчас пашня ранее была занята преимущественно кормовыми травами, из них преобладали многолетние, доля которых составляла 71%. В целом, площадь пашни в области, которая еще пригодна к использованию относительно высока - 6349 га.
Таким образом, в Мурманской области отмечена четкая тенденция к снижению доли пахотных площадей в последнее десятилетие прошлого века и некоторая стабилизация в последние годы. Специфика сельскохозяйственного производства заключается в том, что оно не может быть сосредоточено в ограниченных пунктах, а должно быть размещено на значительных территориях. Это можно объяснить и с точки зрения экологической безопасности - при техногенных авариях и катастрофах очень важна именно рассредоточенность земельных угодий, что позволяет избежать полного уничтожения сельскохозяйственных растений в летнее время в период вегетации или загрязнения территории в остальное время. В связи с этим, сложившаяся в нашей стране тенденция к заметному сокращению земель сельскохозяйственного назначения, в первую очередь пахотных, должна быть изменена. Заметная роль в этом процессе наряду с Федеральной службой государственной регистрации, кадастра и картографии должна принадлежать и Министерству сельсого хозяйства РФ.
Земельный потенциал северных территорий нашей страны по-настоящему еще не изучен. Такая ситуация связана с пока еще достаточными, нередко неиспользуемыми земельными площадями в центральных и южных областях. Однако, во-первых, он не безграничен, а во-вторых, здоровье населения Севера во многом зависит от качества и химического состава продуктов питания и производство сельскохозяйственной продукции должно быть по возможности приближено к населению соответствующих территорий.
Сельскохозяйственные угодья Мурманской области составляют, около 0,02% от ее общей площади, причем с учетом садово-огородных товариществ и частного землепользования.
Существует два основных направления для увеличения площадей сельскохозяйственных угодий: распашка раннее освоенных участков и освоение новых. Как правило, большинство тех участков, которые были выведены в прошлые годы из оборота, располагались вблизи предприятий горно-добывающей и перерабатывающей промышленности и были загрязнены, либо требовали значительных инвестиций для повышения плодородия. Общая их площадь, по официальным данным невелика и составляет 200 га. Однако в ходе полевых обследований, проведенных специалистами агрохимслужбы, эта цифра составляет для области не менее 2000 га. Следует рассмотреть возможности тех территорий области, которые могут быть использованы при вовлечении в сельскохозяйственный оборот.
Земледелие в Мурманской области не имело широкого распространения из-за неблагоприятных климатических условий Севера и низкого естественного плодородия почв, а также в связи с наличием во времена СССР обширных сельскохозяйственных территорий в южных благоприятных регионах, которые отошли к другим государствам. Высокоразвитое животноводство нашего региона нуждается в своей собственной кормовой базе. Природные условия области настолько своеобразны, что нужно дифференцированно подходить к дальнейшему освоению новых земель. К числу наиболее благоприятных для освоения следует отнести южные районы области, в частности территорию между населёнными пунктами Ковдор, Алакуртти и Куолаярви. Первые предложения по освоению этого района были сделаны еще более 20 лет назад (Горбунов и др., 1985). При этом отмечалось, что это не связано с какими-либо существенными преимуществами в отношении агроклиматических и растительных ресурсов. Средняя температура воздуха в течение вегетационного периода в этом районе составляет 12,30С, что на 1,20С выше, чем на севере области, в г. Кола, а число дней с температурой выше 100С всего на 4 дня больше. Количество осадков, выпадающих в течение года, практически одинаковое в разных районах области от Колы до Кандалакши и Алакуртти
По характеру растительности юго-западная часть области относится к подзоне редкостойной северной тайги.
Почвенный покров территории довольно пестрый. Минеральные почвы представлены разного рода подзолами, причем они часто каменисты и сильно завалунены и, следовательно, мало пригодны для сельскохозяйственного освоения. В озерных и речных депрессиях значительные площади занимают подзолистые почвы на отсортированных безвалунных песчаных породах водно-ледникового происхождения. Именно по этому признаку, а также по условиям рельефа эти почвы, наряду с торфяными, наиболее пригодны для сельскохозяйственного освоения. В хорошо увлажненных складках местности находятся наиболее плодородные иллювиально-многогумусовые и торфяно-подзолистые почвы, однако они часто нуждаются в осушении. Значительные участки, площадью по 300-400 га и более, занимают торфяные болота низинного и переходного типов. Торфяные почвы, особенно низинные, являются основным резервом для освоения.
В ходе полевого обследования в 1985 г. было намечено 13 массивов с общей площадью около 50 тыс. га, наиболее пригодных для освоения, в том числе самых удобных по расположению для первоочередного освоения - 5600 га торфяных и 3750 га минеральных почв. Однако последовавшая затем перестройка экономики заставила отказаться от намеченных планов освоения новых территорий. Проведенные нами обследования в 1999 Ц2005 гг., подтвердили возможность использовать в южных районах Мурманской области земельные участки под сельскохозяйственное производство. Освоенные ранее участки продолжают использовать для выращивания кормовых трав. Данные двух туров агрохимического обследования позволили выявить динамику плодородия за пятилетний период и оценить перспективы освоения почв этого района.
В настоящее время в России значительное внимание уделяется использованию геоинформационных систем для оценки состояния земельных ресурсов страны. В соответствии с Концепцией развития государственного мониторинга земель, используемых или предназначенных для ведения сельского хозяйства, и формирования государственных информационных ресурсов на период до 2020 года Министерство сельского хозяйства совместно с рядом других федеральных ведомств проводит крупномасштабную работу по созданию базы данных земель сельскохозяйственного назначения и мониторингу качественного состояния сельхозугодий. От уровня развития сельского хозяйства в конкретной стране зависит ее продовольственная безопасность. В связи с этим, необходимо учитывать все существующие в стране возможности для увеличения площадей сельхозземель и на их базе увеличение производства продуктов сельского хозяйства. Мурманская область, как регион со значительными перспективами развития горнодобывающей, рыбопромысловой промышленности, развития и освоения Арктики, а также транспортного узла по перевалке грузов и нефтепродуктов, должна развивать и расширять собственную базу для производства продуктов питания. Для решения этой задачи важное значение отводится геоинформационным системам (ГИС). Базовое определение геоинформационной системы подразумевает аппаратно-программный комплекс, обеспечивающий систематизацию, обработку, отображение и распространение пространственно-координационных данных (Агроэкологическая оценкаЕ, 2005).
На базе ГИС нами выполнены работы по выделению на электронной карте юго-западной части Мурманской области ранее освоенных и предполагаемых для освоения земельных участков (рис. 12).
Рис. 12. Участки пригодные для сельскохозяйственного освоения в юго-западной части Мурманской области.
Общая площадь этих участков, предлагаемых для сельскохозяйственного освоения, пока составляет более 30 тыс. га.
Для начального периода освоения намечено 9,3 тыс. га, что вполне достаточно для первого этапа. Участки располагаются вблизи дорог и населенных пунктов. Это позволит сократить расходы на их освоение и решать не только вопросы укрепления продовольственной безопасности в области, но и ряд социальных проблем, в частности занятости местного населения и привлечения дополнительных трудовых ресурсов из других регионов.
Решая задачу экологизации земледелия, особенно в условиях Крайнего Севера, необходимо создавать агроландшафты с пространственно-временным сочетанием искусственных и естественных экосистем, обеспечивающих доброкачественный и стабильный урожай и максимальную безотходность используемых средств производства. С учетом этого исходная информация о состоянии земель, частных критериях, ресурсах и нормативах должна быть четко формализована, структурирована и представлена в виде стандартного пакета рамочных тематических баз данных. С учетом последующих возможностей концентрации информации по оценке земель конкретных, уже существующих, или планируемых, сельскохозяйственных предприятий, эти данные могут быть использованы для проектирования в них адаптивно-ландшафтных систем земледелия. Использование таких систем существенно облегчает и удешевляет проведение качественной агроэкологической оценки земель сельхозпредприятий.
ВЫВОДЫ
1. Агрохимический мониторинг содержания гумуса и основных питательных элементов в пахотных почвах позволяет заключить, что их количества, в общем, соответствуют требованиям для ведения интенсивного земледелия. В агроэкосистемах Мурманской области с экологической точки зрения складывается неудовлетворительный баланс по круговороту азота и проявляются тенденции повышения запасов фосфора и снижения запасов калия в почве. В целом в земледелии Мурманской области назрела необходимость корректировки системы применения удобрений для конкретных хозяйств.
2. Применение экологически рациональных доз органических и минеральных удобрений приводит к увеличению урожайности многолетних и однолетних трав без существенного снижения в них содержания сухого вещества, сырого протеина, сырой золы, органического фосфора и сырой клетчатки.
3. Физиологические возможности сельскохозяйственных растений позволяют им оперативно приспосабливаться к меняющимся экологическим условиям на Крайнем Севере. Общий уровень экологической устойчивости кормовых культур в полевых условиях эффективно регулируется с помощью агрохимических и агротехнических средств.
4. Аккумуляция тяжелых металлов растениями овса зависит преимущественно от концентрации металлотоксикантов в эдафической среде. Наиболее заметно тяжелые металлы влияют на корневую систему и ассимилирующие органы растений. Внесение минеральных удобрений в дозах N140-280P140-280K140-280 кг д.в./га является одним из наиболее доступных и эффективных агроэкологических приемов сохранения нормального физиологического состояния растений овса в условиях промышленного загрязнения.
5. Для получения высоких и качественных урожаев кормовых трав на песчаных почвах необходимо использовать следующее соотношение основных элементов питания растений - N : P : K = 1 : 5-7 : 1,5-2. При пересчете на гектар оптимальные дозы минеральных удобрений (в зависимости от конкретного вида выращиваемых растений) составляют: N = 130, P = 650-910, K = 200-260 кг д.в./га. В случае корректировки базовой дозы азота должны пропорционально изменяться дозы других элементов.
6. Одним из эффективных приемов получения полноценных урожаев кормовых культур является применение различных травосмесей. Для земледелия области предложена оригинальная и перспективная комбинация из лисохвоста тростникового, овсяницы луговой и овсяницы красной, позволяющая создавать фитоценоз среднего долголетия (5-7 лет пользования).
7. Высокая экологическая толерантность лисохвоста тростникового, местного происхождения, дает возможность использовать его не только в сельском хозяйстве, но и в садово-парковом строительстве, а также в качестве фиторекультиванта на техногенно-нарушенных территориях, которые занимают в Мурманской области большие площади.
8. Урбаноземы городов Мурманска, Апатиты и Кировска преимущественно имеют удовлетворительные физико-химические свойства, но характеризуются невысоким содержанием основных питательных элементов и большинства микроэлементов. Тем не менее, это позволяет им выполнять основные экосистемные функции. Содержание ряда тяжелых металлов превышает, как правило, уровень ПДК.
9. Почвы городов Мурманска, Апатиты и Кировска содержат природные радионуклиды рядов 238U, 232Th, а также 40K, концентрации которых находится на уровне кларковых значений. Превышения предельного содержания техногенных радионуклидов в этих почвах не обнаружено.
10. Анализ современного состояния агроресурсного потенциала Мурманской области показал, что имеются существенные резервы для его роста. На основе применения ГИС-технологий предложены перспективные варианты поэтапного освоения территорий для сельскохозяйственных целей в юго-западной части области.
11. Природные условия Мурманской области дают возможность вести земледелие и животноводство на высоком уровне и, тем самым, позволяют значительно повысить собственную долю производства многих продовольственных продуктов.
12. Для формирования устойчивых городских экосистем и рационального использования почвенных ресурсов заполярных городов, обладающих значительным рекреационным потенциалом, необходимо поддерживать плодородие почв за счет применения стандартных агротехнических приемов. Наряду с созданием высокопродуктивных агроценозов это является важной основой для улучшения качества и условий жизни населения на Крайнем Севере.
Список работ опубликованных по теме диссертации
Монографии и учебные пособия
- Кислых Е.Е., Ласкин П.В., Семко А.П., Вихман М.И. и др. Кормопроизводство и кормление сельскохозяйственных животных в Заполярье. Апатиты: Изд-во КФ АН СССР, 1989.- 123с.
- Кислых Е.Е., Вихман М.И, Лисеенко Л.А. Основы агроэкологии // учебное пособие Петр ГУ Кольский филиал. Апатиты, 2007. -90с.
- Кислых Е.Е., Вихман М.И. Экологические основы сельскохозяйственного землепользования на Кольском Севере // Монография - Петрозаводск, 2008. - 217с.
Статьи в рецензируемых научных журналах РФ, рекомендованных ВАК
- Елсаков Г.В., Алексеева Н.С., Вихман М.И. Действие микроэлементов на кормовые угодья // Химизация сельского хозяйства, 1991, №4, с. 79-80.
- Елсаков Г.В., Вихман М.И. Микроэлементы почвообразующих пород земледельческих территорий Мурманской области // Почвоведение 1994, № 3. Ч с. 59-62.
- Вихман М.И., Елсаков Г.В. Применение удобрений в земледелии Заполярья // Агрохимический вестник, 1999, №2. - с.27-28.
- Вихман М.И. Международный проект по земледелию и кормопроизводству // Агрохимический вестник, 2003, №3. - с. 18-19.
- Костюк В.И., Вихман М.И., Шмакова Н.Ю., Жиров В.К., Кашулин П.А., Кизеев А.Н. Влияние избыточных доз меди на фотосинтетический аппарат растений овса // Агрохимия. 2005. № 12. С. 32-40.
- Вихман М.И., Кислых Е.Е., Лисеенко Л.А. Голубева И.В. Мониторинг кислотности почв Мурманской области // Агрохимический вестник, 2006г., № 4 - с. 16-17.
- Кислых Е.Е., Вихман М.И. Агроэкологический подход при оценке плодородия почв // Плодородие, 2006г., № 3 - с. 4-5.
- Кислых Е.Е. Вихман М.И., Никонов В.В. Связь урожая и качества кормовых трав с метеоусловиями при внесении удобрений // Плодородие, 2006г., № 3 - с. 10-13.
- Костюк В.И., Вихман М.И., Кизеев А.Н. О роли минерального питания в формировании зимостойкости лисохвоста тростникового // Агрохимия. 2006. № 8, с. 18-24.
- Костюк В.И., Вихман М.И. Влияние минеральных удобрений на фотосинтетический сток атмосферного углерода в агроценозы овса в условиях Заполярья // Агрохимия. 2006. № 12. с. 36-41.
- Вихман М.И., Кислых Е.Е., Лисеенко Л.А. Изменение плодородия пахотных почв Мурманской области в многолетнем цикле // Агрохимический вестник, 2007, № 4 с. 27-29.
- Костюк В.И., Шмакова Н.Ю., Вихман М.И. Многокритериальная оптимизация питания картофеля сорта Хибинский ранний // Агрохимия. 2007. № 9, с. 18-23.
- Вихман М.И., Кислых Е.Е., Моисеева М.М., Нефедова Е.С. Агрохимическая оценка урбаноземов некоторых городов Мурманской области // Агрохимический вестник, 2008г., № 4 - с. 17-18.
- Вихман М.И., Кислых Е.Е. Качественная характеристика кормовых трав в интенсивном земледелии заполярья // Плодородие, 2008г., № 3 - с. 39-41.
- Вихман М.И., Ингири А.А., Кислых Е.Е., Лисеенко Л.А. Агроэкологическая характеристика урбаноземов заполярного города Мурманска // Агрохимический вестник, 2009г., № 5 - с. 31-33.
Статьи в других изданиях
- Вихман М.И., Переверзев В.Н. Некоторые микроэлементы в подзолистых почвах разного гранулометрического состава // Сб. науч. трудов. - Апатиты: Изд-во КН - АН СССР, 1991. - с . 47-55.
- Вихман М.И., Шумилова Р.П. Анализ питательности и качества силоса, заготовленного в Мурманской области // Мурманск: ЦНТИ, ИЛ № 31-93. - З с.
- Елсаков Г.В., Вихман М.И. Аэротехнологическое загрязнение почв // Сб.науч.трудов, Антропогенное изменение почв севера в индустриально развитых районах. - Апатиты: Изд-во КН - РАН, 1995. - с.81-82.
- Вихман М.И. Использование удобрений в Мурманской области // Мурманск: ЦНТИ, ИЛ № 90-99, 1996. - 4 с.
- Вихман М.И., Журавель Т.В. Питательная ценность и качество силоса, заготовляемого в хозяйствах Мурманской области // Мурманск: ЦНТИ, ИЛ, № 18-97, 1997. - 5с.
- Вихман М.И., Кислых Е.Е. Агрохимический мониторинг почв Мурманской области // Кольский полуостров на пороге третьего тысячелетия: проблемы экологии. - Апатиты: Изд-во КН - РАН, 2004. - с.158-163.
- Вихман М.И., Никонов В.В., Лукина Н.В., Ласкин П.В. Агроэкологический мониторинг кислотности торфяных почв агроэкосистем Мурманской области // Сб. науч. трудов ЕЭФ МГПУ. - Мурманск: РИО МГПУ, 2004. - с.65-71.
- Вихман М.И., Ласкин П.В. Агрохимический мониторинг почвенного покрова Мурманской области. Растениеводство на Европейском севере: состояние и перспективы Петр ГУ - Петрозаводск: РЦНИТ Петр ГУ, 2004 - с. 24-26.
- аскин П.В., Хаитбаев А.Х., Вихман М.И. Агроэкологическая оценка системы удобрений в кормопроизводстве Мурманской области // Сб. статей Современное состояние экосистем Кольского полуострова КЭ МГПУ- Мурманск: ФГУ МЦНТИ, 2005- с. 51-59.
- аскин П.В., Вихман М.И. Мониторинг тяжёлых металлов в агроэкосистемах Мурманской области // Сб. статей Современное состояние экосистем Кольского полуострова КЭ МГПУ- Мурманск: ФГУ МЦНТИ, 2005- с. 69-76.
- Кислых Е.Е., Вихман М.И. Состояние и перспективы экологизации земледелия Мурманской области // Материалы конференции Петр ГУ Структурно-функциональные особенности биосистем севера (особи, популяции, сообщества): Изд-во Петр ГУ, 2005г. - с. 170-174.
- Костюк В.И., Вихман М.И., Кизеев А.Н., Лисеенко Л.А. Влияние избыточных доз меди, цинка и марганца на морфофизиологические показатели проростков овса // Научное обозрение. 2005. № 6. С. 51-56.
- Вихман М.И., Кислых Е.Е., Лисеенко Л.А. Урожайность и качество кормовых трав в зависимости от метеорологических факторов в условиях регулируемого плодородия почв // Материалы 40-й Международной научной конференции Агрохимические приёмы повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур в адаптивно-ландшафтных ситемах земледелия ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова - Москва: Изд-во ВНИИА, 2006г. с.127-129.
- Костюк В.И., Вихман М.И., Кизеев А.Н., Лисеенко Л.А., Жибоедов П.М., Маслаков Н.И., Казаков Л.А. Эмпирико-статистическая оценка межвидовых взаимоотношений луговых злаков в условиях модельного агрофитоценоза // Научное обозрение. 2006. № 1, с. 7-13.
- Костюк В.И., Вихман М.И., Кизеев А.Н., Лисеенко Л.А., Жибоедов П.М., Маслаков Н.И., Казаков Л.А. Влияние основных элементов минерального питания на зимостойкость лисохвоста тростникового в условиях Кольской Субарктики // Научное обозрение. 2006. № 1, с. 13-19.
- Костюк В.И., Жиров В.К., Вихман М.И., Кизеев А.Н. Роль фосфатов в питании картофеля на Кольском Севере // Научное обозрение. 2006. № 2. с. 29-32.
- Костюк В.И., Жиров В.К., Кислых Е.Е., Вихман М.И., Кизеев А.Н., Жибоедов П.М. Простой способ определения оптимального сочетания факторов в активном эксперименте // Научное обозрение 2006 № 3. с.22-27.
- Костюк В.И., Кизеев А.Н., Жиров В.К., Вихман М.И., Кислых Е.Е., Казаков Л.А., Кудрявцева О.В. Влияние выбросов Кандалакшского алюминиевого завода на морфометрические и физиологические показатели сосны обыкновенной // Научное обозрение 2006. № 3, с. 15-22.
- Костюк В.И., Вихман М.И., Кислых Е.Е., Лисеенко Л.А., Казаков Л.А., Кудрявцева О.В. Многомерный анализ комплексного влияния меди и макроэлементов на биопродуктивность растений овса посевного // Научное обозрение. 2006. № 4, с. 21-32.
- Костюк В.И., Шмакова Н.Ю., Кудрявцева О.В., Вихман М.И. Влияние тяжелых металлов на дыхание листьев овса посевного // Научное обозрение. 2006. № 5, с. 8-13.
- Костюк В.И., Вихман М.И. Эколого-физиологические аспекты устойчивости Pisum sativum L. к промышленным выбросам комбината Североникель // Научное обозрение. 2006. № 5. с. 13-18.
- Костюк В.И., Вихман М.И., Кислых Е.Е., Кудрявцева О.В. Многофакторная оптимизация минерального питания растений овса посевного // Научное обозрение. 2006. № 6. с. 17-21.
- Костюк В.И., Вихман М.И., Кислых Е.Е., Кудрявцева О.В. Временная регуляция продукционного процесса в агроценозах картофеля на Кольском полуострове // Научное обозрение. 2006. № 6. с. 22-25.
- Вихман М.И., Голубева И.В., Лисеенко Л.А. Земельные ресурсы Мурманской области и перспективы их рационального использования // Материалы Международной научной конференции. Агрохимические приёмы рационального применения средств химизации как основа повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур (25-26 апреля 2007г.) ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова - Москва, 2007- с. 195-198.
- Костюк В.И., Шмакова Н.Ю., Вихман М.И., Кислых Е.Е., Кудрявцева О.В., Лисеенко Л.А. Использование крупных клубней для увеличения производства картофеля в Мурманской области // Научное обозрение. 2007. № 1, с. 20-23.
- Костюк В.И., Шмакова Н.Ю., Вихман М.И., Кислых Е.Е., Кудрявцева О.В., Лисеенко Л.А. Оценка климатически обеспеченной урожайности картофеля на широте Хибин // Научное обозрение. 2007. № 1, с. 16-20.
- Костюк В.И., Шмакова Н.Ю., Кудрявцева О.В., Вихман М.И., Кислых Е.Е., Лисеенко Л.А. Использование статистических методов при оценке влияния тяжелых металлов на продуктивность растений овса посевного // Научное обозрение. 2007. № 2. с. 26-29.
- Костюк В.И., Шмакова Н.Ю., Кудрявцева О.В., Вихман М.И., Кислых Е.Е., Лисеенко Л.А. Использование удобрений в качестве регулятора системной устойчивости картофеля к бактериозам // Научное обозрение. 2007. № 2. с. 30-34.
- Костюк В.И., Шмакова Н.Ю., Кудрявцева О.В., Вихман М.И., Кислых Е.Е., Лисеенко Л.А. Экспресс-метод определения площади листьев у растений картофеля в полевых условиях // Научное обозрение 2007. № 3. с. 10-12.
- Костюк В.И., Шмакова Н.Ю., Кудрявцева О.В., Вихман М.И., Кислых Е.Е. Лисеенко Л.А. Тяжелые металлы, биопродуктивность и пигментный комплекс растений овса посевного // Научное обозрение 2007 № 3 с. 12-16.
- Костюк В.И., Шмакова Н.Ю., Вихман М.И., Кислых Е.Е., Лисеенко Л.А. Состояние ассимилирующих органов сосны обыкновенной в зоне действия комбината "Североникель". 1. Пигментный комплекс // Научное обозрение. 2007. № 5, с. 25-29.
- Костюк В.И., Шмакова Н.Ю., Вихман М.И., Кислых Е.Е., Лисеенко Л.А. Состояние ассимилирующих органов сосны обыкновенной в зоне действия комбината "Североникель". 2. Элементный состав // Научное обозрение. 2007. № 5, с. 29-31.
- Вихман М.И., Лисеенко Л.А. Ландшафтно-экологическая характеристика земель, перспективных для освоения в Мурманской области. // Материалы V Международной научно-практической конференции (19-21 ноября 2007 г.) Поморский университет - Архангельск, 2007 - с. 321-324.
- Кислых Е.Е., Вихман М.И. Земледелие в Кольском Заполярье: современное состояние и перспективы // Тезисы докладов. I Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием. Фундаментальные достижения в почвоведении, экологии, сельском хозяйстве на пути к инновациям (23-25 апреля 2008 г.) МГУ им. М.В. Ломоносова - Москва, 2008 - с. 75-76.
- Костюк В.И., Вихман М.И. Многомерный анализ влияния удобрений на продуктивность многолетних трав // Научное обозрение. 2010. №2. С. 12-15.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по биологии