Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по сельскому хозяйству
На правах рукописи
Сокаев Курман Елканович
ЭКОЛОГО-АГРОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОЧВ
ПРЕДГОРИЙ ЦЕНТРАЛЬНОГО КАВКАЗА ПРИ ИХ ДЛИТЕЛЬНОМ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ
И ПРИМЕНЕНИИ УДОБРЕНИЙ
06.01.04 - агрохимия
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
доктора сельскохозяйственных наук
Владикавказ-2010
Диссертационная работа выполнена на кафедре агрохимии и почвоведения ФГОУ ВПО Горский государственный аграрный университет и ФГУ Станция агрохимической службы Северо-Осетинская.
Научный консультант: Заслуженный деятель науки РФ,
Заслуженный работник высшей школы РФ,
доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Дзанагов Созырко Хасанбекович
Официальные оппоненты:
доктор биологических наук, профессор
Албегов Роман Борисович
доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Кумахов Владимир Исмагилович
доктор биологических наук
Подколзин Анатолий Иваниович
Ведущая организация: ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им. Д.Н. Прянишникова
Защита диссертации состоится л 24 марта 2011 года в 1000 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.023.01 при Горском государственном аграрном университете по адресу: 362040, РСО-А, г. Владикавказ, ул. Кирова, 37, тел./факс 8 (8672) 54-91-80; 53-01-42.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Горского государственного аграрного университета.
Автореферат разослан л___ ______________ 20__ года.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
к.с.-х.н., доцент Т.К. Лазаров
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследований. Анализ современного состояния сельскохозяйственного производства и природной среды Центрального Предкавказья, в том числе и РСО-Алания, динамики изменения основных агрохимических свойств почв показывает устойчивую тенденцию ухудшения почвенного плодородия, нарастания деградационных процессов, обострения общей экологической обстановки, что обусловливает снижение производственных и экономических показателей, рост нерентабельных отраслей и хозяйств в агропромышленном комплексе региона.
Положение усугубляется еще и тем, что в последние годы объемы выбросов вредных веществ в атмосферу различными промышленными предприятиями, коммунальными хозяйствами и транспортом из года в год увеличиваются и составили: в 1997г. - 113,914 тыс. т, в 1998г. - 116,036, в 1999г. - 119,63, 2000г. - 121,097, 2001г. - 132,74 тыс. тонн, часть из которых выпадает на почвы с атмосферными осадками и ветровым переносом и может приводить к загрязнению выращиваемой сельскохозяйственной продукции различными поллютантами, вредными для здоровья людей.
Это вызывает тревогу за будущее экологическое состояние окружающей природной среды, в том числе земельных ресурсов сельскохозяйственного использования. В связи с этим повышается роль экспериментальных, мониторинговых исследований почв при интенсивном земледелии. Знание оптимальных параметров плодородия и безопасности почв при их длительном сельскохозяйственном использовании имеет важное значение при разработке мероприятий по выявлению и устранению последствий негативных процессов. Все сказанное обусловило необходимость проведения настоящих исследований.
Цель и задачи исследований. Целью проведенных исследований являлось изучение динамики качественного состояния основных типов и подтипов почв региона при их длительном сельскохозяйственном использовании (1965-2005гг.), степени безопасности их для производства экологически чистой растениеводческой продукции, баланса питательных веществ в земледелии и влияния антропогенной деятельности на свойства почв и продуктивность сельскохозяйственных культур.
В задачи исследований входило:
- установить исходное состояние морфологических показателей, гранулометрического и валового химического составов и агрохимических свойств основных типов и подтипов почв (10 подтипов) на реперных участках по профилю до 1-1,5м для ведения агроэкологического мониторинга почв земель сельскохозяйственного назначения;
- проследить за динамикой физико-химических свойств и показателей плодородия почв при их длительном сельскохозяйственном использовании по результатам многократного сплошного агрохимического обследования и агроэкологического мониторинга на реперных участках;
- на основании полученных современных данных изготовить агрохимические картограммы основных показателей плодородия для административных районов и республики в целом;
- оценить влияние средств химизации на урожайность основных сельскохозяйственных культур в опытах и в производственных условиях;
- проследить изменение баланса питательных веществ в земледелии по пятилеткам в связи с применением удобрений в период с 1965 по 2005гг.;
- изучить динамику содержания тяжелых металлов в почвах и растениях путем рекогносцировочного и сплошного агрохимического обследований, а также на реперных участках агроэкологического мониторинга почв;
- изучить транслокацию тяжелых металлов в системе почва-растение;
- определить наиболее эффективные способы детоксикации почв и получения экологически чистой продукции;
- установить количественные параметры радиологического загрязнения почв и растительной продукции;
- оценить применяемые средства химизации, мелиоранты и атмосферные осадки (дождь, снег) как источники загрязнения почв тяжелыми металлами;
- рассчитать экономическую и энергетическую эффективность применения средств химизации и приемов детоксикации почв при возделывании сельскохозяйственных культур.
Научная новизна. Впервые для предгорий Центрального Предкавказья на примере РСО - Алания обобщены и проанализированы материалы многократного агрохимического обследования почв за период 1965-2005гг, подведены итоги 9-и циклов сплошного агрохимического обследования. Установлены основные тенденции изменения агрохимических показателей в зависимости от интенсивности антропогенного вмешательства, т.е. применения органических и минеральных удобрений, химической мелиорации и др. По результатам последнего цикла сплошного агрохимического обследования впервые составлены районные и республиканские агрохимические картограммы кислотности, гумуса, фосфора, калия и серы.
Определены в реальных условиях сельскохозяйственного производства количественные параметры приходных и расходных статей и интенсивность баланса питательных веществ в земледелии республики за многолетний период по пятилеткам, приуроченным (особенно в последние годы) к циклам сплошного агрохимического обследования.
Выявлены степень и интенсивность загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами, радионуклидами, остаточными количествами пестицидов, закономерности их накопления различными сельскохозяйственными культурами в зависимости от свойств почв и применяемых средств химизации.
Проведено комплексное изучение транслокации тяжелых металлов в системе почва - растение. Исследовано влияние удобрений, агромелиорантов и местных цеолитоподобных глин (ирлитов) на детоксикацию почв и накопление ТМ в растениеводческой продукции (на примере картофеля). Предложены более рациональные приемы снижения поступления тяжелых металлов в растения.
Практическая значимость и реализация результатов исследований. Результаты многолетних исследований автора взяты за основу при разработке Государственных региональных программ Сохранение и восстановление плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения РСО-Алания на 2002-2005 и 2006-2010 гг.
Материалы научных исследований автора использовались при подготовке ежегодных Государственных докладов Министерства охраны окружающей среды и природных ресурсов РСОЦАлания за 1994, 1995, 1996, 1997, 1998, 1999 и 2000 гг.
Составленные по данным сплошного агрохимического обследования районные и республиканские картограммы показателей плодородия почв представляют собой основу для приобретения соответствующих объемов и видов средств химизации, их распределения и рационального применения в системе республика - район - хозяйство - поле, что способствует повышению их эффективности и интенсификации сельскохозяйственного производства.
Разработанные рекомендации по снижению степени подвижности тяжелых металлов в почвах и выращиванию экологически чистых продуктов растениеводства (на примере картофеля) могут быть использованы в экологически проблемных зонах.
Полученная в процессе многолетних исследований обширная информационная база по состоянию почвенного покрова земель сельскохозяйственного назначения в перспективе должна стать основополагающей в решении вопросов экологически сбалансированного сельскохозяйственного производства.
Защищаемые положения. На защиту выносятся следующие научные положения:
- В связи с большим разнообразием природных условий, выраженной вертикальной зональностью, сложностью рельефа и различными условиями почвообразования в РСО - Алания распространены многочисленные типы и подтипы почв, обладающие весьма различными морфологическими признаками, валовым и гранулометрическим составом и агрохимическими показателями в профиле до 1-1,5 м.
- Закономерности изменения почвенного плодородия в различных природных зонах республики при длительном сельскохозяйственном использовании.
- Роль органических и минеральных удобрений в повышении плодородия почв, улучшении баланса питательных веществ в земледелии и повышении продуктивности растениеводства.
- Эколого-токсикологическая оценка почв сельскохозяйственного назначения по содержанию тяжелых металлов, радионуклидов и других токсикантов.
- Агрохимические приемы детоксикации почв (известкование, внесение органических удобрений и местных цеолитоподобных глин лирлитов) способствуют снижению подвижности тяжелых металлов в почве и тем самым ограничивают накопление их в растениеводческой продукции.
- Экономическая и энергетическая оценка применения средств химизации и местных целитоподобных глин - ирлитов в растениеводстве.
Апробация работы. Основные результаты исследований и научные положения диссертационной работы были доложены и одобрены на Международных (г. Владикавказ, 1998, 2000, 2001, 2003; г. Саратов, 2007), Всероссийской (г. Владикавказ, 1998) научно-практических конференциях, на региональном научно-методическом совещании ученых агрохимиков Географической сети опытов с удобрениями Северного Кавказа (г. Ставрополь, 2006), на заседаниях научно-технического совета и ежегодных отчетах ФГУ Станция агрохимслужбы Северо-Осетинская и кафедры геоэкологии и землеустройства Северо-Осетинского госуниверситета им. К.Л. Хетагурова.
Основные материалы диссертации опубликованы в 3 монографиях, 2 учебных пособиях и 54 научных статьях, 22 из которых в рекомендованных ВАК изданиях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 8 глав, выводов, предложений производству и приложений. Работа изложена на 306 страницах основного компьютерного текста, включает 107 таблиц и 17 рисунков, в том числе 5 республиканских картограмм показателей плодородия почв. Приложения состоят из 38 районных агрохимических картограмм показателей плодородия, 10 таблиц и других материалов, общим объемом 68 страниц. Список использованной литературы включает 376 наименований, в том числе 26 зарубежных авторов.
1. ОБЪЕКТЫ, УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
Исследования по выбранным направлениям сельскохозяйственной науки и практики выполнялись в типичных для предгорий Центрального Предкавказья почвенно-климатических условиях. Объектами исследований служили почвенный покров РСО-Алания, а также отдельных районов и хозяйств на реперных и контрольных участках, выращиваемые на них сельскохозяйственные культуры, химический состав их и загрязненность различными поллютантами, применяемые в полевых опытах удобрения и агромелиоранты, а также атмосферные осадки.
РСО - Алания, как и Кабардино-Балкарская, Чеченская и Ингушская республики, расположена на северных склонах Центрального Кавказа и прилегающих к склонам предгорных наклонных равнинах. Почвенный покров ее отличается большим разнообразием. На небольшой территории Ц всего 130 км с севера на юг и около 120 км с востока на запад, с общей площадью менее 8 тыс. кв. км, распространены многочисленные типы и подтипы почв. На почвенной карте республики, составленной в 1987 г. под редакцией Э.Н. Молчанова и К.Х. Бясова (1990), выделены 28 типов и 108 подтипов почв.
Распределение почв на территории республики подчиняется закону четко выраженной здесь вертикальной зональности, т.е. сложность рельефа, наличие степной, предгорной и горной частей, сменяющих друг друга с севера на юг по мере поднятия местности над уровнем моря, способствуют смене почвенных зон в таком же направлении и последовательности.
Динамику показателей плодородия и экологическую безопасность почв при их длительном сельскохозяйственном использовании, эффективность средств химизации и продуктивность сельскохозяйственных культур изучали методами сплошного комплексного агрохимического обследования земель сельскохозяйственного назначения и выборочного агроэкологического мониторинга почв на реперных и контрольных участках, а также посредством закладки полевых и микрополевых опытов в системе Географической сети опытов.
Для практического решения вопросов агроэкологического мониторинга почв сельскохозяйственных угодий на территории республики были заложены 10 реперных и 15 контрольных радиологических участков с учетом вертикальной зональности территории и наличия большого количества типов и подтипов почв. Территориально участки заложены таким образом, чтобы полнее охватить мониторинговыми исследованиями все разнообразие почвенных и климатических условий региона.
Полевые опыты по изучению влияния минеральных удобрений на урожай и качество сельскохозяйственных культур закладывали в различных почвенно-климатических зонах республики под руководством автора по схемам, приведенным в соответствующих таблицах результатов исследований. Общие сведения по опытам представлены в таблице 1.
Опыты с подсолнечником закладывались в четырехкратной повторности с повторением контроля через каждые три удобренных варианта. Удобрения в виде гранулированной аммиачной селитры (35% д.в.), гранулированного суперфосфата (20% д.в.) и 40%-ной калийной соли разбрасывались вручную перед зяблевой вспашкой и запахивались на глубину 25-27см. Рядковое удобрение вносилось весной, комбинированной сеялкой, одновременно с посевом семян. Во все годы исследований высевался районированный в тот период сорт Передовик. Посев проводился рядовым способом в конце второй декады апреля, при установлении устойчивой температуры 8-12С на глубине заделки семян.
В опытах при орошении поливы производились дождеванием, установками ДДА-100М оросительной нормой 2200-2400м3 (влагозарядка+2 вегетационных полива). Урожай убирали прямым комбайнированием переоборудованным для уборки подсолнечника комбайном СК-4. Урожайные данные пересчитывались на 12%-ную влажность и 100% -ную чистоту и подвергались математической обработке по В.Н. Перегудову (1957).
Опыты с кукурузой на зерно и силос проводили по программе и методике исследований в Географической сети полевых опытов по комплексному применению средств химизации в земледелии, раздел 16 Задачи и методика исследований в полевых опытах агрохимической службы (1990).
Опыты с разными сортами озимой пшеницы закладывали в 3-х кратной повторности с повторением контроля через каждые два удобренных варианта по каждому сорту. Основное удобрение для создания среднего (N60P60K45) и повышенного (N90P90K60) удобренных фонов в почве вносили под предпосевную обработку почвы, а часть азотного удобрения (N60) при ранневесенней подкормке озимой пшеницы.
Многофакторный микрополевой опыт по изучению транслокации тяжелых металлов в системе почва-растение и приемов их детоксикации был заложен на выщелоченном маломощном черноземе опытного поля Северо-Кавказского НИИ горного и предгорного сельского хозяйства согласно Методическим указаниям ЦИНАОЦныне ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова (М., 1993) в четырехкратной повторности в целлофановых сосудах без дна, размером 40х40х30 см, площадь поверхности сосуда Ц 0,16м2.
Искусственное загрязнение почвы осуществляли путем внесения в нее солей ТМ: CuSO45H2O; ZnSO47H2O; Pb(C2H3O2)23H2O; CdSO48H2O; Ni(NO3)26H2O из расчета на чистый элемент Cu - 150, Zn - 300, Pb - 100, Cd Ц5 и NiЦ100 мг/кг почвы. Фоновые минеральные удобрения, агромелиоранты, навоз и ТМ вносили в почву каждый из видов отдельно и тщательно перемешивали. Сосуды устанавливали на подпахотный слой почвы на глубину 25см. Нижние 5см заполнялись подпахотным слоем участка, следующие 20см - исследуемой почвой. Верхние края сосудов оставляли выступать над почвой на 5см. При набивке сосудов почвой ее уплотняли трамбованием, чтобы избежать усадки во время вегетации растений. В опыте выращивали картофель сорта Владикавказский. Посадку картофеля производили во второй декаде апреля. Урожайные данные по всем опытам с кукурузой, озимой пшеницей и картофелем подвергались статистической обработке методом дисперсионного анализа (Б.А. Доспехов, 1968).
Химические анализы по определению эколого-агрохимических показателей почв, растений и атмосферных осадков выполнялись по утвержденным ГОСТам и методам, принятым в Агрохимической службе России:
- в почве: органическое вещество (гумус) - по методу Тюрина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213-91), рН солевой вытяжки - по методу ЦИНАО (ГОСТ 26483-85), гидролитическая кислотность - по методу Каппена в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26212-91), подвижные соединения фосфора и калия в некарбонатных почвах - по методу Чирикова в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26204-91), подвижные соединения фосфора и калия в карбонатных почвах - по методу Мачигина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26205-91), обменные кальций и магний - методами ЦИНАО (ГОСТ 26487-85), нитраты ионометрическим методом, ГОСТ 26951-86; обменный аммоний - по методу ЦИНАО (ГОСТ 26489-85), общий азот - по методу Къельдаля, (ГОСТ 26107-84), подвижная сера - по методу ЦИНАО (ГОСТ 26490-85), сумма поглощенных оснований - по методу Каппена (ГОСТ 27821-88), кислоторастворимые формы тяжелых металлов атомно-абсорбционным методом с использованием прибора Спектр-5, радиологические показатели по методическим указаниям ЦИНАО (1982), остаточные количество пестицидов методом газожидкостной хроматографии;
- в растениях: азот общий - титриметрическим методом по Къельдалю (ГОСТ 14396.4-93), сырая клетчатка Ц гравиметрическим методом (ГОСТ 13496.2-91), сырая зола Ц весовым методом (ГОСТ 26226- 95), кальций - комплексонометрическим методом (ГОСТ 26570-95), фосфор - ванадо-молибдатным методом (ГОСТ 26657-97), калий Ц пламенно-фотометрическим методом (руководство по анализам кормов, М., 1982), крахмал Ц поляриметрическим методом в картофеле - по Эверсу, в зерне - ГОСТ 10845-76, влага - весовым методом (ГОСТ 27548-87), нитраты - ионометрическим методом (ГОСТ 13496.19-86), тяжелые металлы - методом атомной абсорбции на приборе
- СпектрЦ5, остаточные количества пестицидов - методом газожидкостной хроматографии (хроматограф модель л3700);
- в атмосферных осадках: рН Ц ионометрическим методом ЦИНАО, нитратыЦионометрическим методом (ГОСТ 18826-73), сульфаты - нефелометрическим методом (ГОСТ 26426-85), тяжелые металлыЦатомно-абсорбционным методом, ГОСТ 4388-72 и 18293-72.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2. АГРОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ТИПОВ И ПОДТИПОВ ПОЧВ НА РЕПЕРНЫХ УЧАСТКАХ
Почвы реперных участков весьма отличаются по морфологическим признакам и гранулометрическому составу. Диапазон колебания приходится между легкоглинистыми пылевато-песчаными и тяжелосуглинистыми иловато-пылеватыми. Промежуточное положение занимают среднесуглинистые пылевато-песчаные почвы.
В составе механических элементов выщелоченного маломощного чернозема ОПХ Михайловское (РУ-01) преобладают частицы физического песка по сравнению с физической глиной и по генетическим горизонтам мало меняются. В черноземе же выщелоченном, среднемощном (РУ-09) наблюдается иная картина. Здесь физическая глина значительно преобладает над физическим песком по всей глубине почвенного профиля.
В гранулометрическом составе карбонатного (обыкновенного) чернозема колхоза Заря (РУ-02) преобладает физический песок (от 48,4 до 60,2%) над физической глиной (от 39,8 до 51,6%), особенно в верхних горизонтах; книзу, в материнской породе соотношение меняется в пользу физической глины, достигая 51,6%.
Изучаемые типы и подтипы почв весьма различаются по валовому химическому составу и агрохимическим свойствам. Профиль темно-каштановой карбонатной почвы (РУ-08) слабо дифференцирован по содержанию валовых форм железа, алюминия, калия. В то же время заметно увеличение содержания кремниевой кислоты в верхних горизонтах.
Валовой состав обыкновенных черноземов (РУ-02) по профилю почвы изменяется незначительно. Содержание полуторных окислов, а также калия, титана и марганца в профиле почвы не меняется, некоторые изменения наблюдаются в распределении по генетическим горизонтам фосфора, кальция и магния, т.е. содержание фосфора в горизонтах почвы заметно выше, чем в породе.
В валовом химическом составе выщелоченных черноземов можно отметить значительные различия в содержании и выщелоченности карбонатов кальция и магния. Чернозем ОПХ Михайловское (РУ-01) содержит в верхних горизонтах несколько больше кальция и магния и количество их по профилю мало меняется, тогда как в выщелоченном черноземе совхоза им. Гетоева в верхних горизонтах обнаруживается меньше карбонатов, особенно кальция, содержание которых вниз по профилю значительно увеличивается. Значительно больше карбонатов содержит слабовыщелоченный чернозем совхоза им. Цаголова (РУ-04); их количество в нижних горизонтах, особенно материнской породе, заметно увеличивается.
Рассматривая валовой химический состав лугово-карбонатной почвы на территории колхоза Кавказ Кировского района (РУ-03), прежде всего хочется обратить внимание на некоторую оригинальность ее профиля. Здесь при закладке почвенного разреза были обнаружены горизонты двух погребенных почв, что подтверждает мнение К.И. Трофименко (1964) о том, что у луговых почв нередки случаи наличия погребенных почвенных горизонтов.
В лугово-черноземной карбонатной почве Ардонского района (РУ-10) содержание окиси кремния в верхних горизонтах выше, с глубиной уменьшается, распределение железа, фосфора, титана, калия по профилю равномерное. Отмечается увеличение содержания алюминия в гумусовых горизонтах, повышение содержания кальция с глубиной по профилю. В валовом химическом составе луговой слабовыщелоченной почвы (РУ-05) больших изменений по профилю не происходит. Генетические горизонты по содержанию кремниевой кислоты, железа, фосфора, калия и марганца существенно не отличаются. Распределение этих элементов по профилю почвы примерно равномерное. В то же время можно заметить некоторые изменения в содержании алюминия, кальция и магния.
Содержание окиси кремния в серой лесной оподзоленной почве (РУ-06) несколько выше, чем в дерновой почве, и вниз по профилю повышается. Так, если в пахотном горизонте содержание SiO2 составило 74,80% , то уже в горизонте В2 увеличилось до 77,10%.
Содержание гумуса в пахотном горизонте рассматриваемых почв составляет 3,8% от массы почвы, что по градации пахотных почв РФ по степени гумусированности (МУ, 2003) оценивается как средняя. Вниз по профилю почвы количество гумуса снижается. Определенное нами высокое содержание подвижного фосфора в пахотном горизонте, очевидно, результат биологического его накопления. Вглубь по профилю содержание подвижных фосфатов резко уменьшается.
В распределении обменного калия по профилю почвы наблюдается несколько иная картина. Высокое содержание его в пахотном горизонте резко снижается к горизонту В1, а далее вглубь по профилю снижается очень постепенно. рН водной вытяжки обыкновенного и типичного черноземов примерно одного порядка. Вскипание от HCl в обеих почвах происходит с поверхности, что говорит о наличии карбонатов. Наряду с этим типичный чернозем Дигорского района (РУ-04) обладает несколько более высокой гидролитической кислотностью, что не намного снижает степень насыщенности основаниями. Видимо, в связи с этим название данного подтипа почвы следует дополнить словами лостаточно-луговатый и назвать его черноземом типичным остаточно-луговатым.
По распределению подвижного фосфора по генетическим горизонтам рассматриваемые два подтипа выщелоченного чернозема значительно различаются. Если в черноземе на галечнике фосфор по профилю почвы распределяется более равномерно, а к горизонту ВС даже несколько увеличивается (170 мг/кг) по сравнению с пахотным горизонтом (158 мг/кг), то в черноземе выщелоченном среднемощном содержание усвояемого фосфора постепенно уменьшается и в нижних горизонтах опускается до низкого.
Все изучаемые на реперных участках луговые почвы в основном малогумусные. Меньше всех гумуса в пахотном горизонте (2,5%) содержит лугово-карбонатная почва Кировского района. В связи с наличием двух погребенных почв содержание гумуса здесь повышается к средним горизонтам до 3,8%, затем далее вниз уменьшается.
Содержание обменного кальция в пахотном горизонте анализируемых почв колеблется от повышенного (15,1 мг-экв/100г) в лугово-карбонатной почве до очень высокого (20,5 мг-экв/100г) в лугово-черноземной карбонатной почве. Вниз по профилю луговой карбонатной почвы в горизонтах основной почвы содержание кальция несколько снижается, далее снова увеличивается до 18,00-18,70 мг-экв/100г в погребенных почвах. Здесь ясно наблюдается определенная зависимость между содержанием гумуса и поглощенных оснований (особенно кальция); увеличение гумуса сопровождается повышением суммы поглощенных оснований. Очевидно, погребенные почвы изначально отличались высокой карбонатностью и лучшими агрохимическими показателями.
При оценке агрохимических свойств оподзоленных почв прежде всего необходимо отметить их высокую кислотность, особенно дерновой слабооподзоленной почвы, гидролитическая кислотность которой в пахотном горизонте достигает 10,26 мг-экв/100г. С глубиной по профилю кислотность значительно уменьшается. Данная почва относится к категории ненасыщенных основаниями. Сумма поглощенных оснований составляет около 18 мг-экв. на 100г почвы.
Реакция почвенной среды у серой лесной оподзоленной почвы менее кислая, чем у дерновой слабооподзоленной почвы, рН солевой вытяжки показывает слабокислую реакцию почвенного раствора (5,1-5,6). Гидролитическая кислотность пахотного слоя серой лесной оподзоленной почвы больше, чем у дерновой слабооподзоленной почвы и составляет 3,1 мг-экв/100г, вниз по профилю уменьшается постепенно. В связи с менее значительной гидролитической кислотностью поглощающий комплекс серой лесной почвы более насыщен основаниями.
Со временем отмечается снижение содержания гумуса в 1,8 раза в дерновой и 1,6 раза в серой лесной почвах, что еще раз подтверждается факт снижения плодородия почв в процессе их длительного использования.
3. ДИНАМИКА ЭЛЕМЕНТОВ ПЛОДОРОДИЯ ПАХОТНОГО СЛОЯ ПОЧВ В СВЯЗИ С ИХ ДЛИТЕЛЬНЫМ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
3.1. Реакция почвенной среды
В условиях РСО Ц Алания реакция почвенного раствора пахотного слоя почв на реперных участках колеблется в пределах рНсол. 4,3-7,5 и рНвод.5,8-8,6, то есть от сильнокислой до слабощелочной. Наиболее кислыми, нуждающимися в известковании, являются дерновые слабооподзоленные и серые лесные оподзоленные почвы. Черноземы выщелоченные являются слабокислыми почвами и в известковании не нуждаются.
Рассматривая реакцию почвенной среды по результатам сплошного агрохимического обследования, следует отметить, что она претерпела значительные изменения во времени. Так, период между первым (1965-1968гг.) и третьим (1973-1977 гг.) циклами обследования характеризуется уменьшением доли нейтральных почв на пашне с 78 до 55% и увеличением площадей с кислой реакцией с 19 до 33%. Очевидно, основной причиной такого увеличения доли кислых почв явилось применение все возрастающих доз и объемов минеральных удобрений, в том числе физиологически кислых, в то время как известкование кислых почв еще не получило широкого применения. В последующие после четвертого цикла годы (1978 - 1992гг.) площади кислых почв на пашне сократились и стабилизировались на уровне 45-50 тыс. гектаров, чему способствовали возросшие объемы известкования почв. Однако с прекращением известкования после 1992г. площади кислых пахотных почв снова стали увеличиваться и к 2005г. достигли около 60 тыс. га.
3.2. Содержание гумуса в почвах
С 1994 года в рамках осуществляемого в республике агроэкологического мониторинга почв сельскохозяйственного назначения мы провели наблюдения за динамикой содержания гумуса в основных типах и подтипах почв на реперных участках. Полученные по годам данные свидетельствуют о разнообразии почв республики по содержанию гумуса. Наиболее гумусированы почвы черноземного типа. Луговая слабо выщелоченная и оподзоленная почвы занимают промежуточное положение; менее гумусированы луговая карбонатная и темно-каштановая почвы. При этом содержание гумуса во всех типах и подтипах почв на реперных участках в годы проведения исследований постепенно снижается, что согласуется с данными проведенных циклов сплошного агрохимического обследования. Всего с 1981г. проведено четыре цикла таких обследований (табл.2).
Таблица 2. Динамика содержания гумуса в пахотных почвах
РСО - Алания по циклам агрохимического обследования
Цикл обследования |
Годы обследования |
Обследовано, тыс.га |
Группировка почв по содержанию гумуса, % |
||||
очень низкое |
низкое |
среднее |
повышенное |
высокое |
|||
1 |
1981-1985 |
189,9 |
26,7 |
17,5 |
23,4 |
16,9 |
15,5 |
2 |
1991-1995 |
185,0 |
35,5 |
15,2 |
18,5 |
20,3 |
10,5 |
3 |
1996-2000 |
187,5 |
36,7 |
16,9 |
17,6 |
19,0 |
9,8 |
4 |
2001-2005 |
171,7 |
37,2 |
20,1 |
19,8 |
17,7 |
5,2 |
Как видно из данных таблицы 2, из 189,9 тыс. га обследованной в первом цикле (1981-1985гг.) пашни 83,9 тыс. га, или 44,2% от обследованной площади, имели очень низкое и низкое содержание гумуса, 44,4 тыс. га (23,4%) - среднее и 61,5 тыс.га (32,4%) - повышенное и высокое (вместе взятые).
По результатам второго цикла обследований (1991-1995) гумусное состояние почв в целом по республике ухудшилось по сравнению с данными первого цикла. При этом площадь пашни с низким содержанием гумуса увеличилась на 9,9 тыс.га, настолько же уменьшились площади со средним и высоким содержанием.
Данные, полученные нами в ходе третьего и четвертого циклов обследований, говорят о продолжающемся ухудшении гумусного состояния почв. За 20 лет между первым и четвертым циклами обследования площадь пашни с низким и очень низким содержанием гумуса увеличилась на 14,5 тыс. гектаров, или на 8,4%.
Аналогичные изменения в сторону ухудшения гумусного состояния почв произошли и на других сельскохозяйственных угодьях. Наибольшее увеличение процента низко обеспеченных гумусом почв произошло в многолетних насаждениях - на 23,5% по сравнению с первым циклом. Это. по-нашему, связано с тем, что во многих хозяйствах плодовые сады за последние годы раскорчеваны, где они занимали более богатые гумусом почвы. Наиболее бедны гумусом почвы Ардонского и Дигорского районов, где почти вся площадь пашни низко обеспечена гумусом. До 70% и более низкообеспеченных гумусом почв имеется в Кировском, Правобережном и Пригородном районах. Значительно лучше обстоит дело с гумусным состоянием почв в Алагирском, Моздокском и Ирафском районах.
3.3. Азотный режим
Наблюдения за азотным фондом почв, проведенные в рамках осуществления агроэкологического мониторинга земель сельскохозяйственного назначения, показали, что между количеством гумуса и содержанием валового азота существует прямая зависимость, в т.ч. и по почвенному профилю: с глубиной наблюдается снижение содержания гумуса и количества общего азота. В то же время характер этого снижения в изучаемых почвах неодинаков: во всех черноземах, а также лугово-черноземной и темно-каштановой почвах распределение содержания общего азота постепенно убывающее, тогда как в серой лесной оподзоленной почве происходит резкое снижение количества общего азота и гумуса с глубины 20-40 см. Что касается луговой карбонатной почвы Кировского района, то здесь распределение азота по всему профилю происходит более равномерно, что объясняется наличием двух погребенных почв, в которых содержание гумуса даже больше, чем в пахотном слое.
Результаты наших исследований по определению содержания аммиачного и нитратного азота в разных типах и подтипах почв свидетельствуют о значительном колебании этих показателей по годам и участкам, что объясняется сложившимися погодными условиями в годы исследований.
Наибольшее количество аммиачного азота в большинстве анализируемых почв обнаружено в 1996г. При этом суммарное содержание N-NH4 в метровом слое достигало от 209,4 мг/кг в выщелоченном маломощном черноземе до 513 мг/кг в дерновой слабооподзоленной почве. В среднем меньше аммиачного азота содержится в лугово-карбонатной среднемощной почве, слабовыщелоченном черноземе и темно-каштановой карбонатной почве.
Распределение аммиачного азота по профилю почв в целом равномерное. Иногда содержание его повышается в подпахотном (20-40 см) слое, затем вглубь по профилю более или менее равномерно распределяется. Этого нельзя сказать об азоте нитратов, так как он более динамичен по сравнению с аммиачным в силу большой подвижности нитрат-иона по профилю почвы. Поэтому во многих случаях большее накопление нитратного азота наблюдается в подпахотном (20-40 см), а иногда и в глубжележащих слоях.
3.4. Фосфатный режим
Почвы республики заметно отличаются по содержанию валового фосфора. Наибольшее количество его определено в пахотном слое дерновой слабооподзоленной почвы Алагирского района - 0,30%, несколько меньше его содержится в темно-каштановой почве - 0,27%. Различные подтипы черноземов содержат 0,23-0,26% валового фосфора, меньше его находится в луговых почвах - 0,15-0,17%.
Больше подвижного фосфора содержится в выщелоченных черноземах, очень бедны им луговая слабовыщелоченная, серая лесная оподзоленная и дерновая слабооподзоленная почвы. Недостаточно обеспечен фосфором карбонатный (обыкновенный) чернозем.
Результаты сплошного агрохимического обследования показывают, что в течение 40 лет содержание подвижного фосфора подвергалось значительным изменениям. По завершении первого цикла обследований (1965-1968гг.) около 60% пахотных почв республики были отнесены к низкообеспеченным подвижным фосфором, 23% Ц среднеобеспеченным и только 17% к высокообеспеченным. Доля низкообеспеченных подвижным фосфором почв в садах составила 56,1%. После 2-го цикла агрохимического обследованная площади со средним и высоким содержанием подвижной Р2О5 увеличились соответственно на 6 и 10% за счет сокращения площадей низкообеспеченных почв, то есть произошло улучшение фосфатного режима почв (табл.3).
Таблица 3. Динамика обеспеченности почв РСО-Алания подвижным фосфором по циклам агрохимического обследования
Цикл обследования |
Годы обследования |
Обследовано, тыс. га |
Распределение почв по группам обеспеченности фосфором, % |
|||||
очень низкая |
низкая |
средняя |
повышенная |
высокая |
очень высокая |
|||
1 |
1965-1968 |
199,6 |
35,6 |
24,0 |
23,0 |
10,5 |
4,1 |
2,8 |
2 |
1969-1972 |
194, |
19,7 |
23,2 |
28,8 |
14,4 |
7,1 |
6,5 |
3 |
1973-1977 |
244,3 |
13,8 |
32,6 |
31,0 |
8,4 |
8,3 |
6,0 |
4 |
1978-1982 |
256,1 |
12,9 |
23,7 |
30,2 |
16,3 |
9,8 |
7,1 |
5 |
1983-1986 |
262,9 |
7,5 |
15,8 |
36,3 |
19,3 |
13,4 |
8,2 |
6 |
1987-1990 |
259,6 |
5,7 |
13,4 |
37,8 |
18,6 |
12,6 |
11,9 |
7 |
1991-1995 |
252,4 |
4,9 |
16,1 |
34,7 |
18,8 |
11,8 |
13,6 |
8 |
1996-2000 |
242,2 |
6,8 |
17,0 |
32,8 |
18,0 |
12,2 |
13,1 |
9 |
2001-2005 |
254,3 |
4,4 |
17,2 |
35,5 |
15,1 |
12,1 |
15,6 |
Анализируя данные третьего цикла агрохимического обследования (1973-1977гг.), видим, что часть площадей пашни с очень низким содержанием фосфора (4,3%) перешла в группу с низким содержанием этого элемента, что можно считать положительным явлением. В то же время увеличились площади почв со средней обеспеченностью фосфором за счет уменьшения площадей с повышенным его содержанием. Видимо, это связано с первоочередным применением фосфорных удобрений на бедных этим элементом почвах. В последующие циклы обследования, по мере увеличения доз вносимых удобрений усиливался процесс улучшения фосфатного режима и к 1990г. в республике доля почв с очень низким и низким содержанием подвижного фосфора составила 16%, среднеобеспеченных - 37%, а высокообеспеченных - 47%.
На сенокосах и пастбищах 63,6% и 57,5% соответственно бедны фосфором, 29,2 и 25,2% занимают почвы со средним содержанием и только 7,1 и 17,3% площадей хорошо обеспечены подвижным фосфором.
Период проведения седьмого и восьмого циклов обследования характеризуется резким сокращением объемов внесения органических и минеральных удобрений, однако адекватной реакции в отношении обеспеченности почв подвижной фосфорной кислотой не наблюдалось, лишь отмечена тенденция ее ухудшения. По-видимому, сравнительно высокий фон обеспеченности фосфором в исследуемых почвах в последние 10 лет сохраняется большей частью за счет последействия ранее внесенных удобрений, а также вследствие снижения урожайности сельскохозяйственных культур и соответственно выноса этого элемента питания.
3.5. Калийный режим почв
Проведенные девять циклов агрохимического обследования почв показали, что содержание обменного калия в них неодинаково и динамично во времени. Анализ результатов первого цикла обследования, проведенного в 1965 - 1968 гг., показал, что большую часть (58,8%) сельхозугодий занимали почвы хорошо обеспеченные калием (табл.4). Среднеобеспеченные почвы составили 31,8%, и только 9,4% от обследованной площади приходилось на долю низкобеспеченных калием почв. Аналогичным образом распределялись и площади пашни, а в многолетних насаждениях почвы с высоким содержанием калия заняли 63,3%. Группы низкообеспеченных почв на пашне и многолетних насаждениях составили 3,9 и 10,2% соответственно. Преобладание площадей с высоким содержанием обменного калия прослеживается во все годы обследования с некоторыми колебаниями, что характерно для Северо-Кавказского региона.
С завершением второго цикла обследований (1969-1972гг.) площадь пахотных почв с низким содержанием обменного калия увеличилась на 17,6%, а площади со средним и повышенным содержанием уменьшились на 2,4 и 14,4% соответственно по сравнению с предыдущим циклом, причиной чему может быть недостаточное применение калийных удобрений. Видимо, сложившееся мнение о том, что почвы республики хорошо обеспечены калием и в калийных удобрениях не нуждаются, сдерживало их применение, и в то же время вынос значительных количеств этого элемента с урожаями сельскохозяйственных культур способствовал снижению его содержания в почвах.
Таблица 4. Динамика обеспеченности почв РСО-Алания обменным калием по циклам агрохимического обследования
Цикл обследования |
Годы обследования |
Обследовано, тыс. га |
Распределение почв по группам обеспеченности калием, % |
|||||
очень низкая |
низкая |
средняя |
повышенная |
высокая |
очень высокая |
|||
1 |
1965-1968 |
199,6 |
1,5 |
7,9 |
31,8 |
34,9 |
16,8 |
7,1 |
2 |
1969-1972 |
194,3 |
2,1 |
23,8 |
28,4 |
21,2 |
19,2 |
5,6 |
3 |
1973-1977 |
244,3 |
2,6 |
10,0 |
34,3 |
23,1 |
20,4 |
9,5 |
4 |
1978-1982 |
256,1 |
0,5 |
11,4 |
20,9 |
376 |
21,1 |
8,5 |
5 |
1983-1986 |
262,9 |
0,4 |
8,2 |
20,9 |
31,4 |
25,8 |
13,9 |
6 |
1987-1990 |
259,6 |
0,3 |
2,2 |
10,7 |
31,1 |
35,0 |
20,9 |
7 |
1991-1995 |
252,4 |
0,7 |
1,3 |
6,8 |
25,8 |
36,1 |
29,5 |
8 |
1996-2000 |
242,2 |
0,9 |
4,1 |
12,2 |
27,2 |
31,8 |
23,7 |
9 |
2001-2005 |
254,3 |
1,7 |
3,9 |
11,8 |
27,5 |
30,3 |
24,8 |
В начале 70-х годов объемы применения органических и минеральных удобрений в республике из года в год увеличивались и к 1987г. достигли максимума. В результате к завершению пятого цикла (1983-1986гг.) в республике совершено не осталось почв с очень низким содержанием обменного калия. К шестому циклу (1987Ц1990гг.) процесс улучшения калийного режима почв продолжился. При этом группа низкообеспеченных калием почв составила: на пашне - 1,2%, в многолетних насаждениях - 0, сенокосах - 4,3, пастбищах - 6,1% от обследованных площадей.
Рассматривая данные седьмого цикла (1991-1995гг.), можно отметить в целом высокую степень обеспеченности почв республики и районов обменным калием, что при значительном снижении объемов применяемых удобрений в последние годы является результатом последействия ранее внесенных высоких доз органических и минеральных удобрений.
По результатам 8-го цикла явно прослеживается процесс ухудшения калийного режима почв по сравнению с предыдущим циклом. Наблюдается процесс уменьшения доли высокобеспеченных калием почв и увеличения доли средне- и низкообеспеченных по всем угодиям, что обусловлено, по-видимому, резким уменьшением количества применяемых удобрений и выносом калия с урожаями культур. При этом площади сельскохозяйственных угодий, низкообеспеченных обменным калием, увеличились до 12,1 тыс. га, в том числе пашни до 9,8 тыс. га.
3.6. Содержание серы в почвах
Группировка почв сельскохозяйственных угодий по уровню обеспеченности серой по результатам первого цикла агрохимического обследования (1987-1990гг.) показала, что 43,7% обследованной площади пашни занимали почвы с низким содержанием этого элемента, 37,5% - средним и 18,2% - с высоким. В распределении площадей сенокосов и пастбищ по группам обеспеченности серой также отмечено преобладание почв с низким и средним содержанием. Под многолетними насаждениями почти половина обследованной площади имела высокое содержание подвижной серы и только 9,8% - почвы с низким содержанием.
После второго цикла обследований (1991-1995гг.) в почвах всех видов сельскохозяйственных угодий по сравнению с первым циклом произошло увеличение площадей со средним содержанием подвижной серы. На пашне это происходило за счет уменьшения площади почв с низким содержанием, а на сенокосах как за счет площади низкообеспеченных, так и за счет уменьшения площади с высокой обеспеченностью серой. Под многолетними насаждениями часть площади с высокой обеспеченностью перешла в группы со средней и низкой обеспеченностью. Так, площадь почв с высоким содержанием серы уменьшилась с 49,0 до 22,2%, зато увеличились площади почв низкообеспеченных на 26,6%, или на 50 тыс.га, и среднеобеспеченных на 1,2%.
После завершения третьего цикла можно отметить продолжающееся увеличение площадей сельхозугодий со средней обеспеченностью подвижной (сульфатной) серой. Происходило это за счет уменьшения площадей пашни и многолетних насаждений с низким содержанием серы и частично за счет площадей высокообеспеченных этим элементом питания сенокосов и пастбищ. Значительное уменьшение доли площади садов с низким содержанием серы по сравнению с предыдущим циклом, по-видимому, объясняется списанием и раскорчевкой значительных площадей многолетних насаждений, которые располагались на почвах, низкообеспеченных серой. В целом по результатам проведенных циклов агрохимического обследования почв можно говорить об отчетливой тенденции увеличения площадей среднеобеспеченных почв пашни, многолетних насаждений и пастбищ, то есть наблюдается увеличение содержания сульфатной серы в почвах этих угодий. Увеличение доли низкообеспеченных серой сенокосов и пастбищ в силу небольших площадей не оказало существенного влияния на распределение серы в почвах сельскохозяйственных угодий республики.
По административным районам процент низкообеспеченных серой пахотных почв колебался в широких пределах (от 8,1% в Алагирском районе до 71,9% в Дигорском). Более высоким содержанием подвижной серы (36,8 и 33,5% соответственно) отличалась пашня Кировского и Правобережного районов.
3.7. Обменные основания в почвах
Содержание валового кальция в пахотном слое различных типов и подтипов почв на реперных участках варьирует от 1,15 до 7,15% от массы сухой почвы. Меньше кальция содержится в оподзоленных почвах, наибольшее количество его определено в луговой карбонатной почве Кировского района; черноземы и каштановые почвы занимают промежуточное положение.
Полученные данные показывают, что кислые почвы содержат наименьшее количество обменного кальция (дерновая слабооподзоленная и серая лесная оподзоленная). В последние годы содержание обменного кальция в большинстве изучаемых почв несколько снизилось, что, возможно, связано с прекращением известкования кислых почв, снижением внесения кальцийсодержащих удобрений, а также увеличением выноса Ca с урожаями культур.
Все почвы РСО-Алания достаточно хорошо обеспечены обменным магнием. В среднем по результатам многолетних данных больше магния содержится в темно-каштановой карбонатной почве, меньше Ц в серой лесной и дерновой слабооподзоленной почвах.
4. ЭКОЛОГО-ТОКСИКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ПОЧВ
4.1. Рекогносцировочное обследование почв на содержание
тяжелых металлов
На рекогносцировочном этапе с целью выявления характера распределения тяжелых металлов по территории республики в 1994г. был обследован почвенный покров в ближней (5 километровой) и дальней (30 километровой) пригородных зонах вокруг г. Владикавказ. Почвенные пробы были отобраны по семи условным векторам в направлениях городов: Алагир, Ардон, Беслан и сельских населенных пунктов: Чермен, Сунжа, Чми и Кобань. Началом отсчета векторов служили соответствующие границы г. Владикавказа. Вектора совпадают с направлениями основных автомобильных магистралей.
Исследования показали, что основными загрязнителями почв РСО-Алания являются кислоторастворимые металлы: свинец, цинк, кадмий, медь. Максимальное количество первых трех элементов обнаружено в черте города Владикавказа и вокруг города в радиусе до 5 км. Однако и в дальних пригородных зонах по некоторым направлениям содержание их оставалось опасным.
Ареал загрязнения пахотного слоя почвы свинцом, цинком и кадмием резко вытянут в сторону сел Чермен и Сунжа, на что, видимо, оказывают влияние выбросы металлургических предприятий г. Владикавказа, сносимых ветром в этом направлении. Достаточно высокое содержание свинца обнаружено и в направлении Владикавказ - Чми. Значительное содержание кадмия, превышающее ПДК в 2,4-3,2 раза, обнаружено в ближней пригородной зоне по направлению г. Ардон. Распределение меди и никеля в ближней и дальней пригородных зонах по всем векторам было сравнительно равномерным и не превышающим ПДК.
В целом можно отметить, что наиболее загрязнены тяжелыми металлами почвы территорий северо-восточного, восточного, южного и юго-восточного от г. Владикавказ направлений. Это необходимо учитывать при разработке мероприятий по агроэкологическому оздоровлению земель. Почвы же, расположенные в западном и северо-западном направлениях (Алагирское и Ардонское), менее загрязнены тяжелыми металлами. Эти земли можно использовать для выращивания экологически чистой продукции для детского и диетического питания.
4.2. Тяжелые металлы в почвах реперных участков
Исследования, проведенные на реперных участках агроэкологического мониторинга почв сельскохозяйственного назначения, показали, что содержание кислоторастворимых форм ТМ в почвах по разным участкам различается из-за разнообразия почвообразующих пород и климатических условий. При этом диапазон колебаний содержания ТМ на разных участках и типах почв в среднем составляет: для цинка - 14,1-32,9, свинца - 15,2-49,6, кадмия - 0,10-0,56, меди - 14,0-24,0, никеля - 0,4-6,1 мг/кг почвы. Средневзвешенные значения содержания металлов в почвах по годам исследований также сильно колеблются и составляют для Cu - 12,1-24,0 Zn - 12,1-27,1, Cd - 0,11-0,60, Pb - 15,2-45,5 и Ni - 0,3-5,9 мг/кг.
В целом содержание ТМ в пахотном слое почв на всех реперных участках было невысоким и не превышало ПДК. Это можно объяснить их значительной удаленностью от загрязнителей окружающей среды и незначительным применением средств химизации.
4.3. Содержание тяжелых металлов в почвах по результатам сплошного агрохимического обследования
Исследования показали, что содержание кислоторастворимых форм Zn, Pb, Cd, Cu, Ni по районам колеблется в довольно широких пределах, однако не выходит за пределы ПДК. Отмечается, как и на реперных участках и при рекогносцировочном обследовании, более равномерное распределение Cu во всех почвах.
Группировка почв по содержанию ТМ, выполненная по рекомендованной ЦИНАО градации на 5 групп (табл.5), показывает, что основные площади пашни имеют низкий и средний уровни содержания Cu, очень низкий и низкий Zn, средний и повышенный Cd. Около половины обследованной пашни имеет средний уровень содержания Pb и почти вся площадь - низкий уровень Ni. В то же время на части площадей наблюдается повышенное и высокое содержание свинца и кадмия - 30,0 и 26,9% соответственно от обследованной площади. Наибольшие площади загрязнения этими двумя металлами имеются в Кировском, Моздокском, Правобережном и Пригородном районах.
Следует сказать, что наличие некоторых ТМ (Cu, Zn) в почвах в пределах ПДК служит источником питания растений как микроэлементами. В связи с этим важное значение имеет определение оптимальных и предельно допустимых количеств ТМ в различных почвах и разработка мероприятий по регулированию их поступления в растения.
Таблица 5. Группировка пахотных почв РСО-Алания по содержанию
тяжелых металлов
Металл |
Обслед., тыс. га |
Площадь почв с содержанием ТМ по группам,% |
Средневзвешенное содержание, мг/кг |
||||
очень низкое |
низкое |
среднее |
повышенное |
высокое |
|||
Медь |
185 |
7,5 |
68,3 |
23,1 |
0,6 |
0,5 |
13,3 |
Цинк |
185 |
46,3 |
41,8 |
11,6 |
0,3 |
- |
20,4 |
Кадмий |
185 |
8,5 |
13,6 |
51,0 |
23,0 |
3,9 |
0,27 |
Свинец |
185 |
9,7 |
14,7 |
45,6 |
13,2 |
16,8 |
30,1 |
Никель |
185 |
91,6 |
8,4 |
- |
- |
- |
3,2 |
4.4. Оценка средств химизации и атмосферных осадков как
источников поступления токсикантов в почву
В ходе проведения агроэкологического мониторинга почв земель сельскохозяйственного назначения при определении показателей плодородия, загрязненности их различными поллютантами возникает вопрос: что же может поступать в почву в составе органических и минеральных удобрений, различных мелиорантов и атмосферных осадков и влиять на их загрязненность различными токсикантами?
Анализируя полученные нами данные (табл.6), можно считать, что применяемые удобрения и мелиоранты не оказывает заметного влияния на баланс тяжелых металлов в почве в связи с их незначительным содержанием.
Таблица 6. Содержание тяжелых металлов в удобрениях и
агромелиорантах
№ п/п |
Наименование |
Содержание ТМ, мг/кг |
||||
Cu |
Zn |
Cd |
Pb |
Ni |
||
1 |
Минеральные удобрения (нитроаммофоска) |
4,5 |
0,2 |
0,08 |
3,56 |
5,75 |
2 |
Органические удобрения (полуперепревший навоз) |
10,9 |
28,4 |
0,28 |
5,00 |
1,33 |
3 |
Известняковая мука |
0,5 |
3,4 |
0,20 |
8,70 |
0,50 |
4 |
Ирлит 1 |
1,46 |
5,33 |
0,02 |
0,55 |
0,35 |
5 |
Ирлит 7 |
1,51 |
3,52 |
0,02 |
0,48 |
0,41 |
Проведенные на реперных участках наблюдения показали, что химический состав выпадающих атмосферных осадков по районам республики и годам весьма различен, но в них всегда присутствуют тяжелые металлы в тех или иных количествах.
Среднегодовое количество атмосферных осадков в РСО-Алания составляет 670 мм. Исходя из этого, мы рассчитали, какое количество воды из атмосферы может выпасть на 1 га сельхозугодий (за год = 100000,670 = 6700м3 осадков) и сколько вместе с этой водой попадает в почву тяжелых металлов. С этим количеством осадков на землю выпадает: Cu-102,5, Zn-926,9, Cd-14,7, Pb-4604,9, и Ni-2691,4 г/га. Это значительно больше, чем, например, в Ставропольском крае, Нижегородской и Омской областях, что объясняется аккумуляцией перемещающихся с севера воздушных масс в предгорьях Кавказа, а также выбросами металлургических заводов.
4.5. Транслокация тяжелых металлов в системе почва Ц растение
Изучение поведения ТМ в системе почва-растение, установление размеров поступления и выноса их с урожаями сельскохозяйственных культур имеет важное значение в деле разработки способов детоксикации почв и получения экологически чистой растениеводческой продукции. Транслокация тяжелых металлов в системе почва-растения и приемы их детоксикации изучены нами в многофакторном микрополевом опыте. Схема опыта представлена в таблице 13.
Искусственно создаваемый в почве загрязненный ТМ фон в течение вегетации картофеля претерпевал значительные изменения, постепенно снижаясь к концу вегетации картофеля по всем вариантам опыта, что, по-видимому, объясняется, накоплением этих металлов в ботве и клубнях картофеля и вымыванием части их в нижележащие горизонты почвы.
Применение извести и навоза при раздельном их внесении не оказало существенного влияния на содержание Cu, Cd и Ni в почве по отношению к варианту Фон + ТМ, но заметно снижало содержание Zn и Pb, особенно при совместном их внесении. Действие ирлитов 1 и особенно 7 на снижение содержания ТМ было более заметным. Видимо, очень высокая кислотность этого природного материала (рН = 3,8 и гидролитическая кислотность = 10,8 мг-экв/100г) более растворяюще действовала на металлы, чем способствовала более интенсивному их вымыванию из корнеобитаемого слоя почвы, что приводило к заметному снижению их содержания в пахотном слое почвы к фазе цветения и далее к уборке по сравнению с загрязненным фоном.
Анализы растений показали, что на контрольном варианте (исходная почва) концентрация части ТМ в клубнях картофеля в некоторые годы превышает ПДК. Так, в 2004г. концентрация Cu в клубнях превысила ПДК в 1,04 раза, Cd в 2002г. - 1,33 раза, Pb в 2002 и 2003гг. 5,2 и 7,0 раза соответственно, Ni в 2003г. и 2004г. - 2,9 и 3,3 раза соответственно. И это несмотря на то, что в исходной почве содержание этих металлов было значительно ниже ПДК. Следовательно, даже уровень ТМ в почве ниже ПДК не всегда гарантирует получение экологически чистой растениеводческой продукции, поэтому необходим поиск и разработка мероприятий по детоксикации почв для получения незагрязненной ТМ продукции.
Максимальное накопление всех ТМ в клубнях картофеля во все годы исследований происходило в вариантах N30P30K30 +ТМ и N60P60K60 +ТМ, где без применения мелиорантов растения поглощали значительно больше ТМ, чем на вариантах, где вносились мелиоранты. Причем значительное загрязнение продукции произошло Cu, Cd, Pb и Ni с превышением ПДК в 1,41-1,37, 1,99-2,16, 8,0-8,1 и 7,03-10,34 раза соответственно по элементам и вариантам. Такую загрязненную продукцию использовать в пищевых целях не рекомендуется. Загрязненные тяжелыми металлами клубни картофеля лучше использовать для производства крахмала или спирта.
Внесение в почву агромелиорантов способствовало снижению поступления ТМ в растения картофеля. Лучшее действие в этом плане оказывало известкование. Так, внесение в почву известняковой муки в дозе 6 т/га значительно снижало содержание ТМ в клубнях картофеля во все годы исследований. Действие полуперепревшего навоза также было эффективным, но несколько уступало известкованию. В среднем за 3 года тормозящее действие навоза на поступления ТМ в растения превысило вариант 3 (N30P30K30 + ТМ) по Cu - 1,6, Zn Ц 1,2, Cd - 1,5, Pb - 1,3 и Ni - 1,4 раза. Совместное внесение извести и навоза на фоне N30P30K30 + ТМ несколько сильнее ограничивало поступление ТМ в растения.
Применение ирлитов оказывало положительное влияние на снижение содержания ТМ в клубнях картофеля, незначительно уступая извести и навозу, а в некоторых случаях даже превосходило их. Так, в 2003г. в клубнях картофеля на вариантах с применением ирлитов было обнаружено меньше Cu и Zn, чем в вариантах с внесением извести и навоза. Большее влияние на снижение накопления ТМ растениями оказывал ирлит 1. Действие ирлита 7 было слабее, видимо, в связи с очень высокой кислотностью, способствующей переходу металлов в растворимую форму и лучшему поглощению растениями.
На вариантах с внесением солей ТМ при создании загрязненного фона концентрация всех ТМ в ботве сильно увеличилась по сравнению с контролем и фоновым вариантом. При этом превышение средневзвешенного содержания составило по Cu - 6,3 раза, Zn - 2,5, Cd Ц 2,4, Pb - 1,4 и Ni - 2,3 раза по сравнению с удобренным фоном (N30P30K30). Наибольшее содержание Cu, Zn и Ni было в 2004г., а Pb в 2003г., превышающее фоновый вариант в 7,0, 2,0, 2,5 и 2,0 раза соответственно.
Известкование почвы, применение навоза и ирлитов значительно снижали концентрацию ТМ в ботве. Более всего содержание ТМ снижало внесение в почву извести, на втором месте применение навоза как отдельно, так и при совместном внесении с известью. Применение ирлитов также было эффективным, однако несколько уступало действию извести и навоза.
Поскольку ботва картофеля поглощает из почвы и накапливает в своей массе значительно больше тяжелых металлов (до 12-14 раз и более), чем клубни и не используется в хозяйственных целях, то сбор ее с последующим уничтожением можно считать одним из способов детоксикации почв от тяжелых металлов.
4.6. Контроль за радиологическим загрязнением почв
Анализируя результаты проведенных исследований, можно отметить, что гамма-фон (-излучение) несколько различается по годам и участкам. В 1999 и 2000гг. на большинстве участков -фон был выше, чем в другие годы наблюдений. При этом наиболее высокое -излучение, достигающее 21,0-21,5 Мкр/ч, отмечено в 1999г. на участках 9,11 и 13, а наименьшее (1,0-2,5 Мкр/ч) зафиксировано в 1997г. на участках №№ - 5, 6, 9, 10, 12 и 13. Достаточно высокий гамма-фон на большинстве контрольных участков наблюдался и в 1998г. по сравнению с предыдущими годами. Таким образом, в последние годы гамма-фон на территории республики повышается, что может быть связано с более интенсивной солнечной радиацией и периодическим дальним радиационным переносом. Однако за пределы допустимого (30 Мкр/ч) в период наших наблюдений гамма-фон пока еще не выходил.
Количество радионуклидов Sr-90 и Cs-137 в почве по годам и участкам сильно меняется. Наибольшее содержание обоих нуклидов обнаружено в 1994 и 1997гг. Во все остальные годы содержание их в почвах контрольных участков было незначительным. В целом содержание радионуклидов в почве на всех участках находится в допустимых, не опасных пределах.
4.7. Содержание остаточных количеств пестицидов в почвах
Проведенные исследования показали весьма неодинаковое содержание остаточных количеств хлорорганических пестицидов в почвах реперных участков. Ни на одном участке во все годы наблюдений не обнаружено остатков ДДД. Только в почвах трех участков: Алагирского (№7), Дигорского (№4) и Кировского (№3) районов обнаружены остаточные количества ДДТ (0,12-0,13 мг/кг) в 1997г. Они расположены примерно в одном направлении от Эльхотовских ворот. Это наталкивает на мысль о том, что поскольку ДДТ изъят из производства и запрещен к применению уже много лет назад, причиной обнаружения его остаточных количеств в почвах именно перечисленных участков, видимо, является дальний перенос северными ветрами, проникающими через Эльхотовские ворота на Осетинскую наклонную равнину, или же это остатки многолетней давности, так как период детоксикации этого пестицида весьма длительный.
Остаточные количества ДДЕ в пределах 0,02-0,07 мг/кг обнаруживались в первые годы наблюдений в почвах почти всех РУ, за исключением №8 и №2 в Моздокском и Правобережном районах, где они отсутствуют.
Несколько чаще присутствовали в почвах реперных участков -ГХЦГ и -ГХЦГ. Не найдено их на участке Пригородного района. -ГХЦГ не обнаружен на участках Кировского и Моздокского районов, в 1997г. его остатки в количестве 0,007 и 0,008 мг/кг обнаружены в почвах РУ Ирафского и Ардонского (№10) районов. Содержание -ГХЦГ колебалось в пределах 0,009-0,01 мг/кг.
5. ПРОДУКТИВНОСТЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ И ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ
5.1. Динамика применения удобрений и урожайность
сельскохозяйственных культур в РСО-Алания
Рассматривая объемы внесения органических и минеральных удобрений в республике за анализируемый период, можно отметить значительное и постепенное увеличение во времени, начиная с 1965г. по 1990г. (табл.7). В отдельные годы количество вносимых удобрений достигало еще больших величин. Так, в 1987г. на поля республики было внесено более 1млн. т, или 5,14 т/га органических и более 38 тыс. т д.в., или 195,9 кг/га минеральных удобрений.
Таблица 7. Объемы внесения органических и минеральных удобрений в РСО-Алания
Годы |
Органические |
Минеральные |
|||||
всего, тыс.т |
т/га |
всего д.в. |
азотные |
фосфорные |
калийные |
||
тыс.т |
кг/га |
тыс. т |
|||||
1965-1970 |
301,5 |
1,68 |
12,3 |
63,03 |
5,1 |
4,8 |
1,4 |
1971-1975 |
424,0 |
2,39 |
14,7 |
82,96 |
6,2 |
5,6 |
2,8 |
1976-1980 |
544,1 |
3,14 |
17,3 |
100,12 |
8,1 |
5,4 |
3,8 |
1981-1985 |
791,7 |
4,61 |
22,2 |
129,48 |
11,1 |
7,3 |
3,8 |
1986-1990 |
649,8 |
3,87 |
29,5 |
176,36 |
13,4 |
9,7 |
6,4 |
1991-1995 |
130,9 |
0,77 |
9,5 |
56,20 |
4,8 |
2,9 |
1,7 |
1996-2000 |
29,2 |
0,17 |
3,8 |
21,76 |
2,2 |
1,3 |
0,3 |
2001-2005 |
18,2 |
0,14 |
2,5 |
19,7 |
1,9 |
0,3 |
0,2 |
С 1990г. в связи с переходом экономики страны на рыночные условия использование минеральных и органических удобрений в республике резко сократилось и в 2000г. составило 16,5 тыс. т. органических и 2,6 тыс. т д.в. минеральных, или 0,8т/га и 13,3кг/га пашни соответственно; в 2005г. - 10,1 тыс. т и 1,5 тыс. т д. в., или 0,05 т/га и 8,0 кг/га пашни соответственно.
В соответствии с этим складывалась и динамика урожайности сельскохозяйственных культур в республике (табл.8). Приведенные данные показывают, что 1965 - 1990гг. - период интенсивного применения средств химизации,
увеличения объемов внесения органических и минеральных удобрений, расширения площади известкования кислых почв и комплексного агрохимического окультуривания полей (КАХОП), был периодом и значительного повышения урожайности и валовых сборов сельскохозяйственных культур. Однако с 1990г. в связи с резким уменьшением применения средств химизации и прекращением использования навоза и известкования кислых почв урожайность вновь стала снижаться и в последние годы опустилась до уровня 1965-1970гг. и даже ниже.
Таблица 8. Динамика урожайности основных сельскохозяйственных культур в РСО-Алания, ц/га
Культура |
Годы |
|||||||
1965-1970 |
1971-1975 |
1976-1980 |
1981-1985 |
1986-1990 |
1991-1995 |
1996-2000 |
2001-2005 |
|
Озимая пшеница |
22,8 |
25,4 |
26,2 |
24,2 |
34,7 |
26,9 |
21,8 |
23,5 |
Озимый ячмень |
21,8 |
25,3 |
25,3 |
23,7 |
31,4 |
24,4 |
21,2 |
22,3 |
Кукуруза |
27,0 |
29,9 |
32,6 |
42,0 |
39,9 |
29,0 |
27,0 |
25,4 |
Картофель |
124,3 |
152,8 |
189,9 |
206,0 |
182,2 |
123,2 |
117,9 |
97,3 |
Подсолнечник |
10,2 |
10,8 |
11,6 |
11,7 |
10,1 |
10,5 |
7,0 |
6,9 |
Овощи |
55,6 |
82,5 |
97,1 |
102,9 |
112,9 |
59,6 |
46,3 |
54,6 |
5.2. Баланс питательных веществ в земледелии
В соответствии с приведенными данными складывался и баланс питательных веществ в земледелии республики. В начале наблюдений (1965-1970 гг.) интенсивность баланса находилась на уровне 60% азота, 136% фосфора и 36% калия. Затем по мере увеличения объемов химизации она повысилась в 1986-1990гг.: азота до 96%, фосфора - 189% и калия Ц76%.
В отдельные годы интенсивность баланса основных элементов питания (NPK) усиливалась еще больше. Так, в 1984г. в земледелии республики впервые был достигнут положительный баланс по азоту с интенсивностью 105,3%, а в 1986 и 1987гг. - 122,8 и 119,7% соответственно. В 1987г., когда были использованы рекордные количества органических (5,14 т/га) и минеральных (195,9 кг/га) удобрений, впервые отмечен нулевой баланс калия, т.е. 100%-й возврат его в почву.
Однако с 1988г. по выше указанной причине интенсивность баланса по всем элементам питания растений резко уменьшилась, и даже положительный баланс по фосфору во все предыдущие годы стал резко отрицательным. Все это привело к снижению плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур в республике.
5.3. Влияние удобрений на продуктивность основных
сельскохозяйственных культур в опытах
В рамках Географической сети опытов ФГУ Станция агрохимической службы Северо-Осетинская ежегодно проводит 4 - 6 полевых опытов по изучению влияния минеральных удобрений на продуктивность сельскохозяйственных культур в различных почвенно-климатических условиях республики. Общее количество проведенных опытов достигает более 180. Общие сведения по некоторым из них были приведены выше (см. табл.1).
5.3.1. Влияние удобрений на урожайность и качество семян
подсолнечника
В полевых опытах на каштановой почве нами было установлено положительное влияние минеральных удобрений на пищевой режим почвы, что способствовало значительному повышению урожайности подсолнечника.
Из отдельных видов удобрений наиболее эффективным было фосфорное (табл.9): внесение P45 под зяблевую вспашку обеспечивало прибавку урожая семян в среднем за 3 года 2,2 ц/га на богаре и 3,3 ц/га при орошении. Азотное удобрение несколько уступало фосфорному, калийное не оказало положительного действия на урожай семян в богарных условиях, что объясняется хорошей обеспеченностью каштановой почвы обменным калием и высокой усвояющей способностью из запасов самой почвы. Из парных сочетаний лучшим оказалось N45P45, которое обеспечило значительные прибавки урожая семян, мало уступая N45P45 К45.
Увеличение дозы азота от 45 до 90 кг/га на фоне Р45K45 повысило урожай семян на 1,3 ц/га, аналогичное увеличение дозы калия не было эффективным. Увеличение дозы фосфора с 45 до 135 к/га д.в. на фоне N45K45 обеспечило прибавку 3,1 ц/га, а по сравнению с контролем 8,9 ц/га, или 56,3%. Если же сравнить урожай этого варианта c неудобренным неполивным вариантом, то прибавка урожая от совместного действия орошения и удобрения составила 13,3 ц/га, или 116,6% по отношению к контролю на богаре. Очевидно, здесь получился лэффект взаимодействия этих двух факторов, как выразился Ю.А. Панков (1973), из которого на долю орошения приходится 4,4 ц/га прибавки.
Таблица 9. Влияние минеральных удобрений на урожай семян подсолнечника на каштановой почве при орошении
Вариант |
Урожай, ц/га |
Прибавка |
Окупаемость NPK, кг/кг |
||
ц/га |
% |
натур. ед. |
зерн. ед |
||
I серия опытов (1971-1973гг) |
|||||
Без удобрений (контроль) |
15,8 |
- |
- |
- |
- |
N45 |
17,3 |
1,5 |
9,5 |
3,3 |
4,8 |
P45 |
19,1 |
3,3 |
21,5 |
7,3 |
10,7 |
K45 |
16,8 |
1,0 |
6,3 |
2,2 |
3,2 |
N45P45 |
21,6 |
5,8 |
36,7 |
6,4 |
9,4 |
N45K45 |
18,0 |
2,2 |
13,9 |
2,4 |
3,5 |
P45K45 |
19,7 |
3,9 |
24,7 |
4,3 |
6,3 |
N45P45K45 |
21,6 |
5,8 |
36,7 |
4,3 |
6,3 |
N90P45K45 |
23,0 |
7,2 |
45,6 |
4,0 |
5,9 |
N135P45K45 |
22,4 |
6,6 |
41,8 |
2,9 |
4,3 |
N180P45K45 |
21,9 |
6,1 |
38,6 |
2,2 |
3,2 |
N45P90K45 |
23,7 |
7,9 |
50,0 |
4,4 |
6,5 |
N45P135K45 |
24,7 |
8,9 |
56,3 |
3,9 |
5,7 |
N45P180K45 |
24,6 |
8,8 |
55,7 |
3,3 |
4,8 |
N45P45K90 |
21,9 |
6,1 |
38,6 |
3,4 |
5,0 |
N45P45K135 |
21,9 |
6,1 |
38,6 |
2,7 |
4,0 |
N45P45K180 |
21,6 |
5,8 |
36,7 |
2,1 |
3,1 |
Р, % |
1,5-1,8 |
||||
НСР0,05, ц/га |
1,0-1,1 |
||||
II серия опытов (1978-1979гг) |
|||||
Без удобрений (контроль) |
16,0 |
- |
- |
- |
|
N45P45K45 |
21,0 |
5,0 |
31,2 |
3,7 |
5,4 |
N90P135K45 |
28,0 |
12,0 |
75,0 |
4,4 |
6,5 |
N90P180K90 |
25,4 |
9,4 |
58,7 |
2,6 |
3,8 |
Р, % |
2,1-2,5 |
||||
НСР0,95, ц/га |
1,7-1,9 |
||||
Наибольшая прибавка урожая - 12,0 ц/га, или 75% от контроля - была получена, как и следовало ожидать, при внесении в составе NPK двойной дозы азота, тройной дозы фосфора и одинарной калия. По сравнению с N45P45K45 прибавка урожая семян составила 7,0 ц/га. Дальнейшее увеличение дозы фосфора до 180 и калия до 90 кг/га снижало урожай подсолнечника.
Действие припосевного удобрения изучалось на фоне основного (N45P45K45), внесенного под зяблевую вспашку. Лучшим удобрением для припосевного внесения оказалось фосфорное. Гранулированный суперфосфат в дозе 0,5 ц/га (Р10) в рядки на богаре и при орошении дал прибавку урожая семян в среднем за 3 года 1,7-1,8 ц/га.
Удобрение и орошение существенно повлияли и на качество семян подсолнечника, увеличивалась масса 1000 семян и несколько снижалась их лузжистость. Фосфорное и калийное удобрения способствовали повышению содержания масла в семенах: P45K45 повысило его на 0,8% по сравнению с контролем. Добавление к фосфору или калию азота снижало масличность семян на 1,3-1,5% без орошения и на 0,8-1,8% при орошении. Снижение интенсивности маслообразовательного процесса, вызванное азотным удобрением, связано, видимо, с усилением синтеза белковых веществ в ядре семени. Однако за счет увеличения урожая на варианте N45P45 без орошения выход масла с гектара был больше по сравнению с вариантом P45K45 на 0,5%. Наибольший процент масла (49,2 и 49,4%) был получен в вариантах N45P180K45 и N45P45K180 на фоне орошения.
Повышение дозы фосфора с 45 до 180 кг/га д.в. увеличило массу 1000 семян в среднем на 1,7г и содержание жира на 1,1%. Аналогичное увеличение дозы азота в составе NPK повышало массу 1000 семян на 1,2 г и снижало масличность на 1,7%, а по отношению к неудобренному контролю на 2,4%.
5.3.2. Влияние удобрений на урожайность и качество зерна и
силосной массы кукурузы
Применение азотно-фосфорных удобрений на предкавказском карбонатном черноземе давало достоверные прибавки урожая зерна кукурузы (табл.10), однако в Правобережном районе она была в 2 раза выше в связи с более низким содержанием в почве подвижного фосфора и в некоторой степени обменного калия. NК и особенно РК по эффективности уступали NP. Внесение N120 P60 K60 значительно увеличивало урожай зерна кукурузы. Повышение дозы фосфора до 90 кг/га д.в. в составе NPK еще больше увеличивало прибавку урожая зерна. Увеличение дозы азота до 150 кг/га и калия до 90 кг/га, наоборот, снижало урожай. Наибольшая окупаемость удобрений прибавкой урожая в размере 7,8-9,7 кг/га получена на варианте N120P90K60.
Таблица 10. Влияние доз и соотношений минеральных удобрений на урожай зерна кукурузы на предкавказском
карбонатном черноземе (среднее за 3-2 года)
Вариант |
Кировский район |
Правобережный район |
||||||
урожай, ц/га |
прибавка |
окупае-мость NPK, кг/кг |
урожай, ц/га |
прибавка |
окупае-мость NPK, кг/кг |
|||
ц/га |
% |
ц/га |
% |
|||||
Контроль б/уд. |
39,8 |
- |
- |
- |
35,3 |
- |
- |
- |
N120P60 |
46,5 |
6,7 |
16,8 |
3,7 |
49,0 |
13,7 |
38,8 |
7,6 |
N120K60 |
44,6 |
4,8 |
12,0 |
2,7 |
42,5 |
7,2 |
20,4 |
4,0 |
P60K60 |
42,5 |
2,7 |
6,8 |
2,2 |
38,4 |
3,1 |
8,8 |
2,6 |
N90P60K60 |
54,9 |
15,1 |
37,9 |
7,2 |
44,2 |
8,9 |
25,2 |
4,2 |
N120P60K60 |
57,1 |
17,3 |
43,5 |
7,2 |
52,5 |
17,2 |
48,7 |
7,2 |
N120P90K60 |
60,9 |
21,1 |
53,0 |
7,8 |
61,4 |
26,1 |
73,9 |
9,7 |
N120P90K90 |
59,2 |
19,4 |
48,7 |
6,4 |
55,7 |
20,4 |
57,8 |
6,8 |
N150P60K90 |
59,6 |
19,8 |
49,7 |
6,6 |
48,5 |
13,2 |
37,4 |
4,4 |
N150P90K90 |
59,7 |
19,9 |
50,0 |
6,0 |
56,7 |
21,4 |
60,6 |
6,5 |
Р, % |
3,0-4,3 |
2,2-2,7 |
||||||
НСР0,05, ц/га |
5,2-6,5 |
3,6-4,0 |
||||||
На типичном черноземе все парные сочетания удобрений дали прибавки урожая примерно в 2 раза больше величины НСР, мало отличающиеся друг от друга в связи с близким соотношением элементов питания (NPK) в почве. Наибольшая прибавка урожая (17,9 ц/га) получена по N120P60K90, достоверно превышающая N90P30K60 на 4,5 ц/га.
Опыты, проведенные на серой лесной оподзоленной почве Пригородного района, также показали эффективность внесения удобрений (табл.11). Все двойные сочетания обеспечили достоверные прибавки урожая зерна. Добавление к N90P90 калия (K90) почти не дало эффекта. Лучшим вариантом следует считать N120P120K90, обеспечивающий наибольшую окупаемость удобрений зерном (5,1 кг/кг).
Урожай без применения удобрений на горно-бурой лесной почве на 5,5 ц/га больше, чем на серой лесной, что связано с более высоком естественным плодородием: содержание подвижного фосфора и обменного калия в горно-бурой лесной почве составляло в годы исследований 217-219 и 247-256 мг/кг, а в серой лесной 198-208 и 112-130 мг/кг соответственно.
учшим вариантом на серой лесной почве можно считать N120P60K60, прибавка урожая по которому составила 90,7% от урожая на контроле при хорошей окупаемости внесенных удобрений. На горно - бурой лесной почве наибольший урожай был получен на варианте N150P30K60 с высокой окупаемостью.
Таблица 11. Влияние доз и соотношений минеральных удобрений на урожай зерна кукурузы на разных почвах РСО-Алания
Вариант |
Почва Ц горная бурая лесная Пригородный район (в среднем за 1996-1999гг.) |
Почва Ц серая лесная Алагирский район (в среднем за 2000-2001гг.) |
||||||
урожай, ц/га |
прибавка |
окупае-мость NPK, кг/кг |
урожай, ц/га |
прибавка |
окупае-мость NPK, кг/кг |
|||
ц/га |
% |
ц/га |
% |
|||||
Контроль б/уд. |
25,0 |
- |
- |
- |
19,5 |
- |
- |
- |
N120P30 |
32,0 |
7,0 |
28,0 |
4,7 |
23,6 |
4,1 |
21,0 |
2,7 |
N120K60 |
33,7 |
8,7 |
34,8 |
4,8 |
25,9 |
6,4 |
32,8 |
3,5 |
P30K60 |
29,5 |
4,5 |
18,0 |
5,0 |
23,6 |
4,1 |
21,0 |
4,5 |
N90P30K60 |
38,6 |
13,6 |
54,4 |
7,5 |
29,4 |
9,9 |
50,7 |
5,5 |
N120P30K60 |
38,6 |
13,6 |
54,4 |
6,5 |
33,6 |
14,1 |
72,3 |
6,7 |
N150P30K60 |
43,3 |
18,3 |
73,2 |
7,6 |
36,6 |
17,1 |
87,7 |
7,1 |
N120P60K60 |
40,3 |
15,3 |
61,2 |
6,4 |
37,2 |
17,7 |
90,7 |
7,3 |
N120P60K90 |
42,9 |
17,9 |
71,6 |
6,6 |
37,6 |
18,1 |
92,8 |
6,7 |
Р, % |
2,5-3,4 |
2,4-2,6 |
||||||
НСР0,05, ц/га |
3,1-4,2 |
2,4-2,9 |
||||||
По удобренным вариантам была больше масса 1000 зерен на разных типах почв, но более заметно на типичном черноземе. Наиболее полновесные зерна были получены на обоих типах почв при внесении N120P60K60: масса 1000 зерен была на 83 и 42 г больше, чем на контрольном варианте соответственно на типичном черноземе и горно-бурой лесной почве.
Опыты, проведенные с кукурузой на силос на различных подтипах черноземных почв, также показали высокую эффективность минеральных удобрений. Из парных сочетаний на всех подтипах почв лучшим оказалось азотно-фосфорное. Внесение N150P90 обеспечило получение наибольших прибавок урожая на предкавказских карбонатных черноземах Кировского и Правобережного районов. На втором месте азотно-калийное, а затем фосфорно-калийное удобрение.
Добавление к азотно-фосфорному сочетанию калия (K90) значительно повышало урожайность. При этом превышения урожаев на варианте N120P90K90 составили на 33,2 ц/га в Кировском районе, 41,4 ц/га в Правобережном и 52,2 ц/га на типичном черноземе Дигорского района по сравнению с вариантом N120P90.
5.3.3. Влияние удобрений на продуктивность озимой пшеницы
Вопросы применения удобрений под озимую пшеницу сорта Безостая 1 в РСО-Алания достаточно хорошо изучены. Однако в последние годы в связи с появлением в сельскохозяйственном производстве новых сортов озимой пшеницы возникла необходимость в совершенствовании технологий их выращивания, в том числе систем удобрения. Исходя из этого, нами (ФГУ САС Северо-Осетинская) совместно с отделом ландшафтного земледелия СКНИИГПСХ были проведены полевые опыты по изучению влияния различных удобренных фонов на урожай сортов Краснодарской селекции.
С повышением фона удобренности густота растений изучаемых сортов озимой пшеницы увеличивалась, особенно это проявилось у сортов Княжна и Дельта. Эти же два сорта выделялись и более продуктивной кустистостью.
Высота растений изучаемых сортов также находилась в зависимости от фонов удобренности: наибольшей она была, помимо Безостая-1, у сорта Дея на контроле. Однако на повышенном удобренном фоне наибольшей высотой растений отличился сорт Княжна, превысив контрольный вариант в среднем за 3 года на 14,3см.
Из всех изучаемых сортов большую длину колоса имели растения сорта Дея. По количеству зерен в колосе выделялись сорта Княжна и Зимородок по всем фонам удобренности.
Таким образом, внесение удобрений обеспечило более интенсивный рост и развитие растений озимой пшеницы, что оказало положительное влияние и на формирование урожая. Причем установлена разная реакция сортов озимой пшеницы на различие фона минерального питания: на фоне без удобрений наибольший урожай зерна в среднем за 3 года получен у сортов Безостая-1, Княжна и Дельта (табл. 12).
Таблица 12. Влияние минеральных удобрений на урожай разных сортов озимой пшеницы на выщелоченном маломощном черноземе, ц/га (каждый сорт в среднем за 2002-2004гг.)
Вариант |
Сорта |
||||||||
Безостая -1 |
Дельта |
Княжна |
|||||||
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
|
Контроль б/уд. |
33,3 |
- |
- |
29,2 |
- |
- |
24,8 |
- |
- |
N60 P60 K45 +N60 средний фон |
42,4 |
9,1 |
5,5 |
44,6 |
15,4 |
9,3 |
38,0 |
13,2 |
8,0 |
N90 P90 K60 +N60 повышенный фон |
45,5 |
12,2 |
5,1 |
52,1 |
22,9 |
9,5 |
42,2 |
17,4 |
7,2 |
Продолжение таблицы 12 |
|||||||||
Дея |
Красота |
Зимородок |
|||||||
Контроль б/уд. |
29,2 |
- |
- |
24,8 |
- |
- |
28,4 |
- |
- |
N60 P60 K45 +N60 средний фон |
44,6 |
15,4 |
9,3 |
38,0 |
13,2 |
8,0 |
35,8 |
7,4 |
4,5 |
N90 P90 K60 +N60 повышенный фон |
52,1 |
22,9 |
9,5 |
42,2 |
17,4 |
7,2 |
39,4 |
11,0 |
4,6 |
Примечание: 1 - урожай, 2 - прибавка, 3 - окупаемость NPK
На среднем фоне удобренности лучшие результаты по урожайности зерна с хорошей окупаемостью удобрений получены по сортам Дельта, Княжна и Дея. Эти же сорта дали и более высокие урожаи на повышенном фоне удобренности, обеспечив наибольшие прибавки урожая зерна. Средневзвешенные прибавки за годы проведения опытов у этих сортов превосходили прибавки Безостой-1 на 6,8, 6,2 и 10,7 ц/га соответственно.
Химический состав и качество зерна также значительно варьировали в зависимости от сортовых особенностей и фона минерального питания. Больше азота и белка на удобренных фонах накапливали сорта Дельта и Княжна.
Основной показатель качества зерна озимой пшеницы, имеющий значение в макаронной и кондитерской промышленности, - содержание клейковины - остается лучшим у сорта Безостая - 1. Высокое содержание клейковины на удобренных фонах, отвечающее требованиям сильной пшеницы, имели также сорта Дельта, Дея, Зимородок и на повышенном фоне - Княжна.
5.3.4. Влияние удобрений на урожайность и качество картофеля
Полевые опыты по изучению влияния доз и соотношений минеральных удобрений показали устойчивое повышение урожаев клубней картофеля на удобренных вариантах на всех типах почв. На серой лесной оподзоленной почве внесение N90P90 значительно увеличивало урожай клубней по отношению к контролю, прибавка урожая в среднем за 2 года составила 51,6 ц/га, или 22,2%. Азотно-калийные и фосфорно-калийные удобрения по эффективности значительно уступали азотно-фосфорному, но заметно повышали урожай. Добавление к азотно-фосфорному удобрению калийного (K90) увеличивало урожай клубней на 9,3 ц/га, что, видимо, объясняется значительно большим потреблением калия картофелем, чем азота и фосфора, а также невысоким содержанием его в серой лесной почве. Увеличение дозы азота до 150 кг/га в составе NPK дало прибавку в среднем за 2 года 6,5 ц/га. Аналогичное увеличение доз фосфора и калия, наоборот, снижало урожай. Наибольшая окупаемость применяемых доз удобрений отмечена на варианте N90P90, что объясняется достаточно высокой прибавкой при меньшем количестве внесенных удобрений.
На предкавказском карбонатном черноземе Кировского района из парных сочетаний удобрений ни одно не дало достоверную прибавку урожая. Достоверные прибавки в среднем за 2 года обеспечивали только тройные сочетания удобрений. Увеличение дозы азота от 90 до 120 кг/га на фоне P60K60 увеличивало урожай клубней на 29,1 ц/га, а увеличение дозы фосфора от 60 до 90 кг/га на фоне N120K60 показало только тенденцию повышения урожая клубней. Прибавка от увеличения дозы калия до 120 кг/га была в пределах ошибки опыта. Наибольший урожай с прибавкой 106,5 ц/га по сравнению с контролем и хорошей окупаемостью удобрений был получен на варианте N150P90K120.
На горно-луговой (субальпийской) почве все удобренные варианты дали достоверные прибавки к урожаю на контроле, за исключением варианта P60K60, где прибавка была в пределах ошибки опыта. Увеличение дозы азота от 120 до 150 кг/га на фоне P60K60 повышало урожай в пределах ошибки опыта. Дальнейшее ее увеличение до 180 кг/га снижало урожай в связи с интенсивным перерастанием ботвы. Увеличение дозы фосфора было более эффективным. Лучшим вариантом можно считать N150P120K90.
Опыты на выщелоченном черноземе, подстилаемом галечником, показали, что N30P30K30 значительно повышало урожай клубней картофеля во все годы исследований. В среднем за 4 года прибавка урожая клубней в этом варианте составила 17,5 ц/га при урожае на контроле 81,6 ц/га (табл.13).
Таблица 13. Влияние удобрений, тяжелых металлов и агромелиорантов на урожай картофеля на выщелоченном маломощном
черноземе (в среднем за 2002-2005гг.)
Вариант |
Урожай |
Прибавка |
||
г/сосуд. |
ц/га |
ц/га |
% |
|
Контроль |
130,6 |
81,6 |
- |
- |
N30P30K30 - фон |
158,6 |
99,1 |
17,5 |
21,4 |
Фон+ТМ |
160,6 |
100,4 |
18,8 |
23,0 |
Фон+ТМ + известь (6 т/га) |
185,0 |
115,6 |
34,0 |
41,7 |
Фон+ТМ + навоз (20 т /га) |
223,0 |
139,4 |
57,8 |
70,8 |
Фон+ТМ + известь + навоз |
235,4 |
147,1 |
65,5 |
80,3 |
Фон+ТМ + ирлит 1 (2 т/га) |
202,9 |
126,8 |
45,2 |
55,4 |
Фон+ТМ + ирлит 7 (2 т/га) |
195,7 |
122,3 |
40,7 |
49,9 |
Фон+ТМ + ирлит 1+7 (1+1 т/га) |
208,5 |
130,3 |
48,7 |
59,7 |
N60P60K60+ТМ |
219,0 |
136,9 |
55,3 |
67,8 |
P, % |
2,5-3,1 |
|||
HCP0,05, ц/га |
8,6-19,4 |
|||
Известкование почвы на фоне минеральных удобрений и ТМ значительно повышало урожай: в среднем за 4 года прибавка составила 26,5 ц/га, а по сравнению с абсолютным контролем 54,4 ц/га, что является суммарным результатом действия минеральных удобрений и извести.
Более высокий урожай клубней дало внесение полуперепревшего навоза в дозе 20 т/га на фоне одинарной дозы NPK и ТМ - 139,4 ц/га, что на 40,3 ц/га больше, чем на варианте фон+ТМ и на 57,8 ц/га больше, чем на контроле. Внесение двойной дозы NPK давало примерно такие же прибавки урожая, как навоз и навоз + известь.
Внесение ирлитов 1 и 7 (местные целитоподобные глины) под картофель как отдельно, так и совместно значительно повышали урожай клубней и превосходили в этом известь, что объясняется достаточно высоким содержанием в их составе таких основных питательных веществ как фосфор, калий сера, аммиачный азот, которые в комплексе оказывают положительное влияние на урожай. Более высокий урожай был получен при совместном внесении ирлитов - 130,3 ц/га, что на 14,7 ц/га больше, чем на варианте с внесением извести.
Удобрения оказывали определенное влияние на химический состав и качество клубней картофеля. Больше всего картофель потребляет калий, затем азот и на третьем месте фосфор. Такое соотношение сохраняется по всем вариантам опыта. Наибольшее содержание азота отмечено на вариантах NPK+ТМ+навоз и N60P60K60 +ТМ. Фосфора больше содержали клубни на варианте с внесением ирлита 7, что объясняется достаточно высоким содержанием фосфора (285 мг/кг) в этом природном материале.
Больше калия обнаружено на варианте с внесением навоза, так как с ним вносится достаточно много калия. В то же время можно было ожидать больше калия в клубнях на варианте с внесением ирлита 1 в связи с высоким содержанием в нем калия (до 2000 мг/кг). Однако этого не произошло. По-видимому, калий из этого материала труднее усваивается, чем из навоза.
Глава 6. АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ УРОЖАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР НА РЕПЕРНЫХ УЧАСТКАХ
6.1. Содержание тяжелых металлов в растениях
Проведенные нами исследования в различных почвенно-климатических условиях республики по мониторингу загрязнения урожая выращиваемых сельскохозяйственных культур показали, что содержание изучаемых тяжелых металлов (Cu, Zn, Cd, Pb, Ni) в растениеводческой продукции сильно различается по годам, участкам и культурам.
Более высокое содержание Cu, Zn и Ni как в основной, так и в побочной продукции наблюдалось на реперном участке №1, расположенном в зоне действия розы ветров г. Владикавказа и его пригородов в непосредственной близости от таких крупных загрязнителей окружающей среды, как заводы Электроцинк и Победит.
Определение ТМ в почвах реперных участков и возделываемых на них культурах за годы исследований показало, что количество ТМ в растениях часто выше ПДК.
Более высокое содержание ТМ в продукции растениеводства по сравнению с другими участками наблюдалось на реперном участке №2, который расположен в зоне посадки и взлетов авиалайнеров аэропорта Беслан, что, видимо, и является причиной повышения содержания металлов в растениях. В побочной продукции сельскохозяйственных культур накапливается значительно больше металлов, чем в основной продукции.
- 6.2. Контроль за радиологическим загрязнением урожая
Поступление радиоактивных веществ, в том числе Sr-90 и Cs-137, в растения происходит двумя путями. Первый путь - непосредственное загрязнение надземных частей растений при выпадении радионуклидов из атмосферы, и второй путь - из почвы через корневую систему в процессе минерального питания растений. Какой из двух путей будет более или менее значимым, зависит от интенсивности радиации при ядреных испытаниях или случающихся авариях на атомных электростанциях в том или ином регионе мира.
Результаты многолетних исследований, проведенных нами в Северной Осетии, свидетельствуют о значительном варьировании поступления радионуклидов в сельскохозяйственные культуры по годам и местам выращивания. Наибольшее накопление стронция-90 в растениях отмечено в 1994 и 1995гг. В среднем по 15-ти контрольным участкам оно составило 5,26 и 8,56 Бк/кг соответственно, что можно условно считать средними показателями для всей плоскостной части республики. В эти же годы больше поступало в растения и радиоцезия. И если в 1994 году большее поступление радионуклидов, особенно радиоцезия, можно объяснить более высоким содержанием этого элемента в почве, то в 1995 году в связи с незначительным содержанием Sr-90 и Cs-137 в почве, по-видимому, превалировало поступление в растения радионуклидов из атмосферы.
В последующие годы содержание обоих радионуклидов в растительной продукции значительно снижалось с небольшими колебаниями по годам и в 2000 году в среднем по участкам составило: Сr-90Ц2,66 и Cs-137 - 0,64 Бк/кг.
В проведенных исследованиях наибольшее содержание Sr-90 в зерне озимой пшеницы наблюдалось также в 1994 и 1995 гг. (12,39 и 12,15 Бк/кг), кукурузе в 1995г. (12,62 Бк/кг) при ПДК для различных культур 40-80 Бк/кг. Стабильно более высокое содержание Sr-90 обнаруживалось в многолетних травах (люцерна, клевер) и картофеле почти во все годы исследований. Большее накопление Cs-137 по сравнению с другими культурами отмечено в зерне кукурузы, озимой пшеницы, подсолнечнике и томатах. В целом по всем годам и участкам количество Cs-137 в основной продукции растениеводства колебалось в пределах 0,13-16,96 при ПДК 70-120 Бк/кг.
В итоге можно констатировать, что как в почвах контрольных участков, так и во всех видах растениеводческой продукции не зафиксировано ни одного случая обнаружения радионуклидов выше ПДК, что говорит об удовлетворительной, не угрожающей здоровью населения, радиационной обстановке в республике.
Глава 7. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ И ПРИЕМОВ ДЕТОКСИКАЦИИ ПОЧВ ПРИ
ВОЗДЕЛЫВАНИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР
7.1. Экономическая эффективность применения средств химизации
В последнее время стоимость минеральных удобрений с каждым годом значительно увеличивается, что нельзя сказать о стоимости производимой растениеводческой продукции. В связи с этим применение средств химизации, в частности, минеральных удобрений становится экономически малоэффективным, а в иных случаях даже убыточным. Если, например, в 70-80гг. прошлого столетия каждый затраченный рубль на применение удобрений при выращивании подсолнечника давал в среднем 3,5 - 4 и более рубля прибыли, то в настоящее время использование минеральных удобрений на посевах подсолнечника в экономическом отношении убыточно.
Недостаточная экономическая эффективность получается и от применения минеральных удобрений под кукурузу на обыкновенном черноземе. Здесь применение азотно-фосфорных и азотно-калийных сочетаний также убыточно. Наибольший экономический эффект в этом опыте получается от небольших доз фосфорно-калийных удобрений (P30K60), каждый затраченный рубль для которых дает прибыли всего 20 копеек. Парадоксально выглядит то, что самая большая прибавка урожая (17,9 ц/га), получаемая на варианте N120P60K90, почти в 3 раза больше, чем на варианте P30K60, однако не дает экономического эффекта в связи с дороговизной удобрений.
Аналогичная картина складывается и при внесении удобрений под кукурузу на зерно на карбонатном черноземе двух районов республики - Кировского и Правобережного. Как показали наши исследования, большинство вариантов удобрения убыточно. Лучшим вариантом можно считать N120P90K60, обеспечивающий получение наибольших прибавок урожая 21,1 и 26,1 ц/га в обоих районах с рентабельностью 126 и 180% соответственно. Малоэффективны удобрения и на посевах разных сортов озимой пшеницы.
Более высокая экономическая эффективность от применяемых удобрений в современных условиях получается при выращивании картофеля, что объясняется довольно высокими урожаями и стоимостью продукции. В полевых опытах на серой лесной оподзоленной почве все удобренные варианты дали довольно высокий экономический эффект. Наибольший чистый доход был получен на вариантах N120P90K90 и N150P90K90, несмотря на большие затраты на применение удобрений. Окупаемость каждого затраченного рубля на этих вариантах составила 4,23 и 4,05 руб./руб. В среднем по всем вариантам опыта окупаемость дополнительных затрат на применение удобрений составила 3,87 руб./руб.
В многофакторном микрополевом опыте применение органических и минеральных удобрений, а также агромелиорантов при выращивании картофеля дало значительную экономическую выгоду. В среднем за 4 года наибольший условно-чистый доход был получен на варианте совместного внесения известняковой муки и навоза на фоне NPK+ТМ - 41164 руб./га при стоимости прибавки урожая 52420 руб. и затратах на применение удобрений 11256 руб. Окупаемость каждого рубля дополнительных затрат составила 3,66 руб.
7.2. Энергетическая эффективность применения средств химизации
Применение средств химизации в сельском хозяйстве должно быть экономически выгодно и энергетически целесообразно. При этом, как подчеркивают В.Г. Минеев с соавторами (1993), важна комплексная их оценка с учетом агрономической, экономической и энергетической эффективности.
Выше была дана оценка агрономической и экономической эффективности применения средств химизации при выращивании основных сельскохозяйственных культур. Причем было отмечено постепенное снижение в последние годы экономической эффективности применения минеральных удобрений, связанное с наблюдающимся в сельском хозяйстве диспаритетом цен. В то же время отмечена высокая агрономическая эффективность применяемых средств химизации, т.е. окупаемость 1 кг удобрений (NPK) дополнительной продукцией, которая составила в среднем по всем опытам и культурам 5-6 кг зерновых единиц.
Анализ показывает, что основная продукция выращиваемых сельскохозяйственных культур характеризуется относительно высоким накоплением биоэнергии. Лимитирующим накопление биоэнергии фактором является прибавка урожая по каждой культуре, то есть чем больше прибавка урожая, тем больше накапливается энергии. Больше биоэнергии накапливают: озимая пшеница - 23622,9, кукуруза Ц21324,9, меньше - картофель - 18986,2 и подсолнечник - 13476,2 МДж/га в среднем по всем удобренным вариантам опытов.
Энергозатраты минеральных удобрений на 1 ц прибавки урожая основной продукции по культурам составили: подсолнечник - 1063, озимая пшеница (в среднем по сортам) - 560, кукуруза - 692, картофель - 233 МДж. В среднем по проведенным опытам энергоотдача, или биоэнергетический КПД применения удобрений, колеблется по основной продукции от 1,92 (подсолнечник) до 2,79 ед. (среднее по сортам озимой пшеницы). По отдельным сортам энергетический КПД составляет более 3 ед.
Таким образом, оценка энергетической эффективности использования средств химизации при выращивании сельскохозяйственных культур показывает, что энергозатраты на детоксикацию почв, оптимизацию питания растений окупаются энергосодержанием прибавки урожая и получением экологически чистой продукции.
ВЫВОДЫ
- Предгории Северной Осетии, как и всего Центрального Кавказа, характеризуются чрезвычайным разнообразием почвенно-климатических зон, с наличием равнинной, предгорной и горной частей, каждая из которых подразделяется на подзоны и высотные пояса, отличающиеся разнообразием форм рельефа, обеспеченностью теплом и влагой, своеобразием растительного и почвенного покровов и требуют дифференцированного подхода при их изучении и народнохозяйственном использовании.
- Гранулометрический состав основных типов и подтипов почв на реперных участках в основном средне - и тяжелосуглинистый. Он находится в прямой зависимости от агрегатного состава почвообразующих пород. В процессе почвообразования и в старопахотных орошаемых землях часть илистой фракции перемещается в подпахотный горизонт и нижние слои почвенного профиля, а мелкий песок и крупная пыль накапливаются в верхней части.
- Химический состав почвообразующих пород наследуется почвами. В процессе почвообразования происходит некоторое перераспределение: азот, фосфор и калий накапливаются в гумусоаккумулятивном горизонте, а карбонаты кальция и магния перемещаются в нижние слои почвенного профиля. В результате этого меняется кислотно-щелочной баланс. В малобуферных почвах (серые лесные) верхние горизонты подкисляются, а нижние горизонты подщелачиваются.
4. Преобладающая часть почв сельскохозяйственных угодий характеризуется нейтральной и близкой к нейтральной реакцией, а около четверти площадей отнесено к кислым почвам. Реакция почвенного раствора в течение 40 лет исследований претерпела значительные изменения. Так, период между первым (1965-1968 гг.) и третьим (1973-1977 гг.) циклами обследования характеризуется уменьшением доли нейтральных почв на пашне с 78 до 55% и увеличением площадей с кислой реакцией с 19 до 33%. В последующие после четвертого цикла годы (1978-1982 гг.) площади кислых почв на пашне сократились и стабилизировались на уровне 45-50 тыс. га, чему способствовали возросшие объемы известкования почв. Однако с прекращением известкования после 1992 г. площади кислых пахотных почв снова стали увеличиваться и к 2005 г. достигли около 60 тыс. га.
5. В развитии химизации сельского хозяйства в Северной Осетии можно обозначить следующие периоды:
- начало систематического применения удобрений и хиимческих мелиорантов (до 1973г.);
- период интенсивного наращивания объемов применения удобрений и мелиорантов (1974-1987гг.);
- период спада химизации (1988-1998гг.);
- начало деградации почвенного плодородия, когда применение средств химизации сошло почти на нет (с 1999г.).
6. На основе крупномасштабного систематического агрохимического обследования и выборочного агроэкологического мониторинга почв региона за 40-летний период дана комплексная оценка их плодородия, агрохимического и эколгического состояния по периодам развития химизации сельского хозяйства в зависимости от уровня применения удобрений и химических мелиорантов. Анализ гумусного состояния почв региона в рамках осуществляемого агроэкологического мониторинга на реперных участках свидетельствует о большом разнообразии почв по содержанию гумуса. Наиболее гумусированы почвы черноземного типа (5,2-5,4%), меньше гумуса содержат луговая карбонатная и темно-каштановая почвы (2,5-3,8%), луговая слабовыщелоченная и оподзоленная почвы занимают промежуточное положение (4,0-4,6%).
Между количеством гумуса и содержанием валового азота существует определенная зависимость по всему почвенному профилю: распределение общего азота подобно распределению гумуса, т.е. с глубиной наблюдается снижение содержания гумуса и общего азота.
Результаты 4-х циклов крупномасштабного агрохимического обследования говорят о постепенном снижении содержания гумуса в почвах республики. За 20 лет между первым (1981-1985 гг.) и четвертым (2001-2005 гг.) циклами обследования площадь пашни с низким и очень низким содержанием гумуса увеличилась на 35,7 тыс. гектаров, или на 24,6%, что в основном связано с постепенным уменьшением, а к 2005 году почти прекращением применения органических удобрений.
- Почвы региона не одинаковы по содержанию валовых форм фосфора и калия. Наибольшее количество фосфора содержится в пахотном слое дерновой слабооподзоленной почвы - 0,30 %, несколько меньше в темно-каштановой почве - 0,27%, в различных подтипах чернозема 0,23-0,26% и в разных подтипах луговых почв Ц 0,15-0,17%. Валового калия больше содержится в темно-каштановой, лугово-карбонатной, лугово-слабовыщелоченной почвах - 1,38, 1,53, 1,70%, в типичном черноземе - 1,45%, обыкновенном и выщелоченном черноземах, дерновой слабооподзоленной и серой лесной оподзоленной около 1,10%.
- При систематическом применении органических и фосфорных удобрений в период интенсивной химизации (1974-1987 гг.) произошло улучшение фосфатного режима почв региона. В дальнейшем в условиях резкого спада химизации (1988-1998 гг. и особенно к 2005г.) наблюдается заметное его ухудшение.
Состояние калийного режима почв предпочтительнее фосфорного: площади сельхозугодий с высоким содержанием обменного калия составляют в разные годы 70-90%. Однако в последние 10-15 лет оно ухудшилось, в результате чего вновь обнаружены площади с очень низким содержанием обменного калия.
- В соответствии с объемами и динамикой применения органических и минеральных удобрений, урожайностью и выносом питательных веществ сельскохозяйственными культурами складывался баланс питательных веществ в земледелии республики в течение 40 лет. В начале наблюдений (1965-1970 гг.) интенсивность баланса находилась на уровне 60% азота, 136% фосфора и 36% калия. Затем, по мере увеличения объемов вносимых в почву удобрений в 1986-1988гг., она повысилась и составила азота - 96%, фосфора - 189% и калия 76%. Однако с 1988г., в связи с значительным сокращением объемов применяемых органических и минеральных удобрений, интенсивность баланса по всем элементам питания растений резко уменьшилась, и даже положительный баланс по фосфору в предыдущие годы стал отрицательным, что привело к снижению плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур.
- Тяжелыми металлами наиболее загрязнены почвы пригородной зоны г. Владикавказ. Более высокое содержание Cu, Zn, Ni накапливается в основной и побочной продукции растениеводства на реперных участках №1 и №2, расположенных вблизи от крупных загрязнителей окружающей среды заводов Электроцинк и Победит. Это необходимо учитывать при разработке мероприятий по агроэкологическому оздоровлению земель. Установлено, что применение известняковой муки, местных цеолитоподобных глин - ирлитов, полуперепревшего навоза на загрязненной тяжелыми металлами почве является высокоэффективным приемом детоксикации почв и снижения поступления ТМ из почвы в растения.
- В почвах контрольных участков и в растениеводческой продукции не зафиксировано содержание радионуклидов Sr 90 и Cs-137выше ПДК, что свидетельствует об удовлетворительной радиационной обстановке в республике. Химический состав выпадающих атмосферных осадков по районам и годам весьма различен. Если дожди, выпадающие в разных районах, имеют кислую или нейтральную реакцию, то рН снежного покрова по всей республике в основном слабощелочной. Концентрация нитратов в осадках относительно невысокая (1,2-2,6 мг/л), содержание сульфатов в отдельные годы достигает 5,6-7,8мг/л. С снеговыми и дождевыми водами в почву в среднем за год попадает Cu 102,5г/га, Zn - 929.96 г/га, Cd - 14,74 г/га, Pb -4604,91 г/га, Ni - 2691.39 г/га, что в десятки-сотни раз больше, чем в некоторых других регионах России.
- В связи с постепенным снижением плодородия почв применение удобрений является агрономически эффективным приемом. Подсолнечник на каштановых почвах при орошении хорошо отзывается на внесение повышенных доз азотных и фосфорных удобрений. Лучшим сочетанием является N90P135K45, обеспечивающий прибавку урожая семян до 12 ц/га при урожае на контроле 16 ц/га. Наибольшая окупаемость удобрений дополнительным урожаем кукурузы на зерно была достигнута при внесении на предкавказских карбонатных черноземах - N120P90K60 - 7,8 - 9,7 кг/га, типичном черноземе Ц N150P130K60 - 7,1 кг/га, серой лесной оподзоленной почве - N120P1120K90 - 5,1 кг/га, горной бурой лесной почве - N90P30K60 - 7,5 кг/га.
Наиболее эффективным под кукурузу на силос можно считать на черноземах карбонатном - N150P120K120 , типичном - N150P120K90, обеспечивающие прибавки урожая 173,3 и 150,2 ц/га соответственно.
- Установлено, что на выщелоченном маломощном черноземе, как на среднем (N60P60K45+ N60 в подкормку), так и на повышенном (N90P90K60+ N60) удобренных фонах лучшие результаты по урожайности зерна с хорошей окупаемостью удобрений получены по сортам озимой пшеницы Дельта, Княжна, Дея, по которым средневзвешенные прибавки урожая были выше, чем по Безостой-1 на 6,8, 6,2 и 10,7 ц/га соответственно, хотя по содержанию сырой клейковины они уступали последней. Лучшими вариантами по урожайности картофеля и по окупаемости удобрений являются на: серой лесной оподзоленной почве - N150P90K90 - прибавка 67,4 ц/га; предкавказском карбонатном черноземе - N150P90K120 - 106,5 ц/га, горно-луговой (субальпийской) почве - N150P120K90 - 82 ц/га, выщелоченном маломощном черноземе - N30P30K30+известь 6 т/га +навоз 20 т/га - 65,5 ц/га.
- Стоимость минеральных удобрений из года в год увеличивается, чего нельзя сказать о стоимости производимой растениеводческой продукции. В связи с этим применение минеральных удобрений становится экономически малоэффективным, а в отдельных случаях даже убыточным. В то же время энергетическая эффективность применения удобрений и мелиорантов остается достаточно высокой и стабильной, что предполагает необходимость их использования в дальнейшей перспективе.
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ
- Для сохранения потенциального плодородия почв необходимо систематическое применение органических и минеральных удобрений, запахивание соломы и других пожнивных остатков сельскохозяйственных культур. Для бездефицитного баланса гумуса и основных питательных веществ необходимо ежегодно вносить в пахотные земли республики до 1,3 млн. тонн органических удобрений. Расчетная потребность минеральных удобрений составляет 49-50 тыс. тонн, или в среднем 250 кг/га пашни.
- Кислые почвы в республике составляют около 30% от площади пашни. Наиболее кислыми, нуждающимися в известковании, являются дерновые слабооподзоленные и серые лесные оподзоленные почвы. Для их нейтрализации ежегодно с периодичностью по разным полям через 5 лет необходимо известковать не менее 10 тыс. га дозами:
- для почв с: рНKCl 4,2-4,5 - 6 т/га, рНKCl 4,6-5,0 - 5 т/га, рНKCl 5,0-5,6 - 4 т/га.
- Для детоксикации почв и снижения поступления тяжелых металлов в растения картофеля на выщелоченном маломощном черноземе следует вносить полуперепревший навоз - 20 т/га, известняковую муку - 6 т/га, местные цеолитоподобные глины (ирлиты) - 2 т/га.
- Наиболее загрязнены тяжелыми металлами (особенно Zn, Cd, Pb) почвы территорий северо-восточного, восточного и юго-восточного направлений в ближней пригородной зоне г. Владикавказ. Это необходимо учитывать при разработке мероприятий по агроэкологическому оздоровлению земель. Поскольку ботва картофеля, районированного в основном на этих территориях поглощает из загрязненной почвы и накапливает в своей массе большое количество тяжелых металлов, в десятки раз превосходящее их содержание в клубнях, то сбор ее с последующей утилизацией можно считать одним из способов детоксикации почв от тяжелых металлов. Почвы, расположенные в западном и северо-западном направлениях, совпадающих с Алагирским и Ардонским направлениями, менее загрязнены тяжелыми металлами. Эти земли следует использовать для выращивания экологически чистой продукции для детского и диетического питания.
- С целью получения урожайности основных сельскохозяйственных культур с учетом агрохимического состояния почвы следует применять следующие дозы минеральных удобрений:
- под подсолнечник на каштановых почвах при орошении (урожайность семян 28-30 ц/га) - N90P135K 45 , без орошения (16-17 ц/га) - N45P45K45;
- под кукурузу на зерно на карбонатных черноземах (урожайность 60-62 ц/га) - N120P90K60 , на типичных черноземах (урожайность 40-42 ц/га) - N120P60K90 , на серых лесных оподзоленных почвах (урожайность 53-54 ц/га) - N120P120K90 , на горно-бурых лесных почвах (урожайность 40-43 ц/га) - N120P60 К60;
- под кукурузу на силос на карбонатных черноземах (урожайность 470 ц/га) - N150P120K120;
- под картофель: на серых лесных оподзоленных почвах (урожайность 298-300 ц/га) - N120-150P90K90 , на карбонатных черноземах (урожайность 215-216 ц/га) - N150P90K120, на горно-луговой (субальпийской) почве (урожайность 225-226 ц/га) - N150P120K90 .
Список основных работ опубликованных по теме диссертации:
I. Монографии, учебные пособия:
1. Сокаев К.Е. Результаты работы агрохимической службы Республики Северная Осетия - Алания по контролю за плодородием почв /К.Е. Сокаев// Изд-во Горский госагроуниверситет, Владикавказ, 2001, 157 с.
2. Сокаев К.Е. Восстановление и сохранение плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения в РСО-Алания/ К.Е. Сокаев, К.Х. Бясов// Учебное пособие. Изд-во СОГУ им. К.Л.Хетагурова, Владикавказ, 2007, 56 с.
3. Сокаев К.Е. Экологические ресурсы Республики Северная Осетия-Алания/ К.Е. Сокаев, К.Х. Бясов//Учебное пособие. Изд-во СОГУ им. К.Л. Хетагурова, Владикавказ, 2008, 53 с.
4. Сокаев К.Е. Агроэкологический мониторинг почв и эффективность удобрений в предгорьях Центрального Кавказа/К.Е. Сокаев//Издательско-полиграфическое предприятие им. В. Гассиева. г. Владикавказ, 2009, 288 с.
5. Адьиняев Э.Д. Повышение производительной способности почв гор и предгорий Центрального Кавказа/Э.Д. Адьиняев, Р.Б. Албегов, К.Х. Бясов, С.Х. Дзанагов, М.В. Катаева, К.Е. Сокаев и др.//Под редакцией К.Е. Сокаева. Изд-во ФГОУ ВПО Горский госагроуниверситет, Владикавказ, 2009, 248 с.
II. Статьи, опубликованные в рецензируемых изданиях по перечню ВАК:
6. Дзанагов С.Х. Эффективность применения удобрений под подсолнечник на каштановых почвах Моздокской степи//С.Х. Дзанагов, К.Е. Сокаев/Агрохимия, № 8, 1986. С. 51-56.
7. Сокаев К.Е. Плодородие почв Республики Северная Осетия-Алания/К.Е. Сокаев, В.М. Золоев, Т.А. Хурумов//Плодородие, №1, 2002. С. 7-8.
8. Сокаев К.Е. Ирлиты Северной Осетии/К.Е. Сокаев//Агрохимический вестник, №4, 2002. С14-15.
9. Сокаев К.Е. Применение удобрений и продуктивность сельскохозяйственныхкультур в Северной Осетии/К.Е. Сокаев, В.М. Золоев//Агрохимический вестник, №5, 2002. С. 38-39.
10. Сокаев К.Е. Мониторинг тяжелых металлов в почвах Северной Осетии/К.Е. Сокаев, Р.М. Сокаева//Агрохимический вестник, №5, 2003.С. 12-13.
11. Сокаев К.Е. Сера в почвах Республики Северная Осетия-Алания/К.Е. Сокаев Агрохимический вестник, №6, 2003.С. 11-12.
12. Сокаев К.Е. Агрохимическое обеспечение управления плодородием почв РСО-Алания//К.Е. Сокаев, В.М. Золоев, Т.А. Хурумов//Управление плодородием агроландшафтов Юга России. Спец. выпуск Известия высших учебных заведений Северо-Кавказского региона. Естественные науки. Ростов-на-Дону, 2003. С. 181-187.
13. Сокаев К.Е. Баланс питательных веществ в земледелии Республики Северная Осетия-Алания/К.Е. Сокаев//Агрохимический вестник, №1, 2004. С. 9-11.
14. Сокаев К.Е. Агрохимическое обеспечениеЦважный фактор стабильного развития сельскохозяйственного производства РСО-Алания/ К.Е. Сокаев, В.М. Золоев//Аграрная Россия, №1, 2004.
15. Сокаев К.Е. Транслокация тяжелых металлов в системе почва-растение/К.Е. Сокаев, В.В. Бестаев, К.Х. Бясов, Р.М. Сокаева//Агрохимический вестник, №2, 2004. С. 16-18.
16. Сокаев К.Е. Природные и агроклиматические ресурсы Республики Северная Осетия-Алания/К.Е. Сокаев//Агрохимический вестник, №6, 2004. С. 4-8.
17. Сокаев К.Е. Тяжелые металлы - опасные загрязнители окружающей природной среды/К.Е. Сокаев//Вестник МАНЭБ т. 12, №3 (76), Санкт-Петербург, 2007. С. 16-23.
18. Сокаев К.Е. Тяжелые металлы в системе почва-растение//К.Е. Сокаев, Р.М. Сокаева//Вестник МАНЭБ т. 12, №3, Санкт-Петербург, 2007. С. 23-33.
19. Сокаев К.Е. Контроль плодородия почв в Северной Осетии/К.Е. Сокаев, В.М. Золоев, Р.М. Сокаева//Агрохимический вестник, №6, 2007. С 2-3.
20. Сокаев К.Е. Содержание ТМ в почве и растительной продукции при применении агромелиорантов/К.Е. Сокаев, Р.М. Сокаева//Плодородие, №2, 2008. С. 3-5.
21. Сокаев К.Е. Проблема техногенного загрязнения почв сельскохозяйственного использования/К.Е. Сокаев//Вестник МАНЭБ т. 13, №3, Санкт-Петербург, 2008. С. 102-106.
22. Сокаев К.Е. Оценка средств химизации и атмосферных осадков как источников токсикантов в почве/К.Е. Сокаев//Агрохимический вестник, №5, 2008. С 2-3.
23. Сокаев К.Е. Контроль за радиологическим загрязнением сельскохозяйственной растительной продукции/К.Е. Сокаев//Вестник МАНЭБ, т.14, №3, Санкт-Петербург, 2008. С. 91-94.
24. Сокаев К.Е. Экономическая и энергетическая эффективность удобрений и приемов детоксикации почв при возделывании сельскохозяйственных культур/К.Е. Сокаев, В.В. Бестаев, Р.М. Сокаева//Вестник МАНЭБ т. 14, №5, Санкт-Петербург-Владикавказ, 2009. С. 149-154.
25. Сокаева Р.М. Проблема экологического нормирования биогеоценозов/Р.М. Сокаева, К.Е. Сокаев//Агрохимический вестник №4, 2009. С. 6-8.
26. Сокаев К.Е. Продуктивность разных сортов озимой пшеницы в зависимости от плодородия почв и применения удобрений/К.Е. Сокаев, В.В. Бестаев//Плодородия, №4 (49), 2009, С. 2-3.
III. Статьи в аналитических сборниках и материалах конференций:
27. Сокаев К.Е. Влияние минеральных удобрений на урожай семян подсолнечника на каштановых почвах Северо-Осетинской АССР /К.Е. Сокаев//В Сборнике работ молодых ученых и аспирантов, вып. IV. Изд. Ир, Орджоникидзе, 1974.
28. Сокаев К.Е. Удобрение и урожай подсолнечника/К.Е. Сокаев, Т.М. Алдатов//Наша эпоха, №12, 1974.
29. Джанаев Г.Г. Удобрение подсолнечника на каштановых почвах Северной Осетии/ Г.Г. Джанаев, К.Е. Сокаев //Пути повышения урожая подсолнечника в предгорьях Северного Кавказа. Тр. Горского СХИ, т. 37, Изд-во. Ир, Оржоникидзе, 1975. С. 68-81.
31. Дзанагов С.Х. Влияние удобрений в севообороте на урожай и качество клубней картофеля на выщелоченных черноземах/С.Х. Дзанагов, Ц.А. Хекилаев, К.Е. Сокаев и др.//Информлисток № 10-87. Оржоникидзе, 1986.
32. Сокаев К.Е. Тяжелые металлы в почвах РСО-Алания/К.Е. Сокаев// Горные и склоновые земли России. Пути предотвращения деградации и восстановления их плодородия. Материалы Всероссийской научно-практической конференции 20-25 апреля 1998 года. Владикавказ, 1998. С. 138-140.
33. Бясов К.Х. Экологическое состояние почв - основа устойчивого развития горных территорий/К.Х. Бясов, К.Е. Сокаев//Тезисы докладов участников III Международной конференции Устойчивое развитие горных территорий. Владикавказ, 1998. С. 355-356.
34. Дзанагов С.Х. Агрохимическая характеристика почв, ее динамика во времени и под влиянием удобрений/ С.Х. Дзанагов, К.Е. Сокаев//Природные ресурсы Республики Северная Осетия-Алания. Почвы. Владикавказ, 2000. С. 307-338.
35. Кожухова А.В. Тяжелые металлы в почвах сельскохозяйственного назначения РСО-Алания/А.В. Кожухова, К.Е. Сокаев, А.В., Э.Ю. Мамукаева, И.С. Алборова//Тезисы докладов Международной научно-практической конференции Экологически безопасные технологии в сельскохозяйственном производстве XXI века. Владикавказ, 2000. С. 211-212.
36. Сокаев К.Е. Проблема серы в земледелии/К.Е. Сокаев//Тезисы докладов участников IV конференции Устойчивое развитие горных территорий: проблемы регионального сотрудничества и региональной политики горных районов. Владикавказ, 2001. С. 571.
37. Сокаев К.Е. Содержание тяжелых металлов в почвах Северной Осетии/К.Е. Сокаев//Вестник международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности (МАНЭБ). Владикавказ, 2002, т.2, №2. С. 95-100.
38. Сокаев К.Е. Состояние и перспективы улучшения плодородия почв РСО-Алания/К.Е. Сокаев, В.М. Золоев// Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 85-летнему юбилею Горского государственного аграрного университета. Современные проблемы формирования стратегии устойчивого развития регионального АПК. Владикавказ, 2003. С. 47.
39. Сокаев К.Е. Радиологический контроль на почвах сельскохозяйственного назначения/К.Е. Сокаев//Вестник МАНЭБ т. 9, №4 (76), Санкт-Петербург, 2004г. С. 61-67.
40. Сокаев К.Е. Эколого-токсикологический мониторинг почв в Республике Северная Осетия-Алания/К.Е. Сокаев, Р.М. Сокаева// Материалы Регионального научно-методического совещания ученых-агрохимиков Географической сети опытов с удобрениями Северного Кавказа (г. Ставрополь, 14-15 сентября), Москва, 2007. С. 250-261.
41. Сокаева Р.М. Влияние агрохимикатов и тяжелых металлов на урожай и качество картофеля/Р.М. Сокаева, К.Е. Сокаев//Проблемы землепользования в зоне рискованного земледелия. Материалы международной научно-практической конференции. Саратов, 2007. С. 99-104.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по сельскому хозяйству