Почвенно-экологические основы оптимизации землепользования в республике башкортостан
| Вид материала | Автореферат |
- «Об оптимизации численности работников Администрации городского поселения город Белебей, 48.36kb.
- План мероприятий по проведению Европейской недели иммунизации в Республике Башкортостан, 162.95kb.
- Республиканская целевая программа развития социального туризма в Республике Башкортостан, 201.7kb.
- Экологическое планирование при оптимизации землепользования в системе землеустройства, 632.09kb.
- Постановление Правительства Республики Башкортостан от 22 декабря 2006 г. N 369, 990.89kb.
- Правила землепользования и застройки городского округа город Сибай Республики Башкортостан, 2393.06kb.
- Правительство республики башкортостан постановление от 3 марта 2010 г. N 64 о республиканской, 1122.51kb.
- Программа развития бытового обслуживания населения в республике башкортостан на 2010, 298kb.
- Концепция I форума молодых ученых Приволжского федерального округа в Республике Башкортостан, 65.93kb.
- Рекомендации круглого стола «Развитие негосударственного пенсионного обеспечения, 40.36kb.
^ 5. ВОСПРОИЗВОДСТВО И УПРАВЛЕНИЕ ПЛОДОРОДИЕМ ПОЧВ КАК ОСНОВЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗЕМЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ
Воспроизводство и регулирование органического вещества черноземных почв в системах земледелия лесостепной зоны
^ Республики Башкортостан
Научное планирование и практическое обеспечение устойчивого функционирования агроэкосистем предусматривает, прежде всего, создание положительного баланса вещественных и энергетических компонентов почвенного плодородия. Поэтому расширенное воспроизводство плодородия почв является объективным условием для поддержания нормального круговорота вещества и энергии в системе «почва-агроценоз-окружающая среда».
В разработку теории и практики воспроизводства и управления плодородием почв значительный вклад внесли труды ряда отечественных и зарубежных исследователей (Лыков, 1976; Кулаковская, 1978; Егоров,1981; Щербаков, Рудай, 1983; Каштанов, Лыков, Кауричев, 1985; Карманов, Булгаков, 1985; Шишов, Карманов, Дурманов, 1987; Булгаков, Апарин, 1999; Keller, 1980; Томпсон, Троу, 1982; Hansen, Madsen, 1984; Fisher, Вadewitz, 1984 и др.).
Учитывая исключительную роль гумуса в формировании плодородия почв мы проанализировали динамику его накопления в длительных стационарных опытах кафедры земледелия, заложенных Э.М. Рахимовым на черноземах выщелоченных в 1957 году, под различными севооборотами и бессменными культурами на удобренном и неудобренном фонах.
Возделывание полевых культур в севооборотах снижает темпы сокращения запасов гумуса в пахотном слое в среднем на 60%, а при внесении удобрений – до 90% относительно бессменного возделывания культур и пара. Внесение удобрений под бессменные культуры и в паровом поле замедляет темпы снижения запасов гумуса в среднем на 31% относительно неудобренного фона, в то время как в севооборотах – на 55%. Увеличение запасов гумуса происходило лишь под залежью (за 37 лет – на 61,1 т/га).
Таким образом, изменение запасов гумуса в пахотном слое выщелоченного чернозема определяется соотношением в севооборотах доли пропашных и зерновых культур, наличием в них чистого пара и многолетних бобовых трав, а также внесением органических и минеральных удобрений. Введение и освоение зернопаропропашных (с сидеральным паром) и зернотравяных севооборотов при применении органических и полных минеральных удобрений и периодическом известковании способствуют увеличению запасов гумуса в пахотном слое лесостепных черноземов в среднем на 0,66-0,99 т/га в год с высоким содержанием фракции гуминовых кислот (до 37,6%).
Важную роль в балансе органического вещества почвы играют послеуборочные растительные остатки сельскохозяйственных культур. В наших исследованиях установлено, что по количеству поступающих в почву пожнивно-корневых остатков культуры севооборотов располагаются в следующем порядке: многолетние травы - донник - кукуруза - озимая рожь - яровая пшеница - вико-овсяная смесь - ячмень - горох - гречиха. Внесение органических и минеральных удобрений увеличивает поступление послеуборочных растительных остатков полевых культур в 1,5-2,0 раза по сравнению с неудобренным фоном.
Таблица 7 - Влияние элементов системы земледелия на изменение запасов гумуса в пахотном слое почвы за ротацию севооборотов, т/га (1993-1998 гг.)
| Вариант | Запасы в 1998 г. | Изменение запасов к исходному уровню* | |
| т/га | т/га/год | ||
| Севообороты и бессменные посевы | |||
| Зернопаропропашной (с сидеральным паром) | 301,3 | +4,6 | +0,66 |
| Зернотравяной | 303,6 | +6,93 | +0,99 |
| Бессменные посевы люцерны | 305,6 | +8,9 | +1,27 |
| Бессменный чистый пар | 292,7 | -4,0 | -0,57 |
| Системы обработки почвы | |||
| Отвальная | 294,7 | -2,0 | -0,29 |
| Безотвальная | 298,0 | +1,3 | +0,19 |
| Системы удобрений | |||
| NPK-Фон | 295,7 | -1,0 | -0,14 |
| Фон + известь | 295,4 | -1,3 | -0,19 |
| Навоз | 299,3 | +2,6 | +0,37 |
| Фон + навоз + известь | 301,0 | +4,3 | +0,61 |
| Фон + навоз | 301,6 | +4,9 | +0,70 |
| Сидерат | 299,3 | +2,6 | +0,37 |
| Фон+ сидерат + известь | 300,6 | +3,9 | +0,56 |
НСР05 по севооборотам 0,7
по обработке почвы 0,5
по удобрениям 0,6
*) Исходные запасы гумуса в пахотном слое почвы в 1992 г. – 296,7 т/га
Введение в севообороты многолетних бобовых трав значительно увеличивает запасы гумуса в пахотном слое чернозема выщелоченного. Установлено, что при включении люцерны в зернопаровой севооборот на два года запасы гумуса увеличились на 2,5 т/га. Возделывание люцерны в течение семи лет увеличивает запасы гумуса в пахотном слое почвы на 8,9 т/га.
При применении безотвальных систем обработки почвы в севооборотах наблюдается стабилизация и некоторое увеличение запасов гумуса в пахотном слое почвы по сравнению с отвальной вспашкой. За ротацию зернопаропропашного севооборота при ежегодной отвальной вспашке запасы гумуса уменьшились на 2,0 т/га, что обусловлено более высокими темпами его минерализации. На бессменном паровом поле отвальная обработка в течение семи лет приводит к потерям в пахотном слое почвы 0,57 т/га гумуса ежегодно (табл. 7). Следовательно, минимализация обработки почвы при рациональном сочетании с применением удобрений и гербицидов является важным элементом в системе мероприятий, направленных на эффективное регулирование почвенного плодородия.
Установлено, что внесение органических (навоз 40 т/га или запашка донника 25 т/га), минеральных удобрений (N60P70K40) и извести (0,75 Нг) увеличивает запасы гумуса в пахотном слое чернозема выщелоченного на 3,9-4,9 т/га за ротацию севооборотов.
^ Регулирование физико-химических и агрохимических параметров плодородия черноземов в земледелии республики
Результаты наших исследований свидетельствуют, что систематическое применение минеральных удобрений подкисляет почвенный раствор и способствует увеличению обменной и гидролитической кислотности. Внесение извести на фоне минеральных удобрений обеспечивает нейтрализацию их подкисляющего действия. Эффективность известкования возрастает на фоне совместного применения минеральных и органических удобрений (навоз, сидерат).
Без внесения органических и минеральных удобрений известкование выщелоченных и оподзоленных черноземов приводит к образованию малоподвижных фракций гуминовых кислот с кальцием и высвобождению подвижных фракций фульвокислот, что заметно ухудшает качественное состояние комплекса гумусовых веществ пахотного слоя почвы.
При замене отвальной вспашки почвы безотвальной обработкой физико-химические свойства пахотного слоя почвы изменяются незначительно. На неудобренном фоне в среднем за 1996-1999 гг. гидролитическая кислотность при системах отвальной, безотвальной и поверхностной обработки в слое почвы 0-30 см составила соответственно 5,74; 5,86 и 5,76 мг-экв на 100 г почвы, а на фоне NPK – 6,19; 6,26 и 6,21 мг-экв на 100 г почвы. При увеличении кислотности почвы снижается степень насыщенности основаниями, которая при системе отвальной обработки на фоне полного минерального удобрения составила 86,3%, безотвальной – 86,1% и поверхностной – 85,7%.
Установлено, что в полевых севооборотах существенное снижение кислотности почвы происходит на 2-3-й год после известкования. Положительный эффект известкования при дозе извести, рассчитанной по 0,75-1,0 Нг сохраняется в течение ротации шестипольного зернопропашного севооборота. На удобренном фоне продолжительность нейтрализующего действия извести меньше, чем на неудобренном.
Оптимальной дозой извести, обеспечивающей эффективную нейтрализацию почвенной кислотности и поддержание бездефицитного баланса кальция в пахотном слое среднекислого тяжелосуглинистого чернозема является доза, рассчитанная по 0,75 Нг (7,95 т/га доломитизированного известняка с 95,6% содержанием СаСО3 и MgCO3). При систематическом применении физиологически кислых минеральных удобрений дозу извести целесообразно увеличить до уровня, рассчитанного по 1,0 Нг (10,6 т/га доломитизированного известняка).
Таким образом, комплексное применение органических, минеральных удобрений и известкования способствует оптимизации основных физико-химических параметров пахотного слоя черноземных почв. При этом рНKCl увеличивается на 0,5-0,8 единицы, гидролитическая кислотность снижается на 1,5-2,5 мг-экв на 100 г почвы, сумма поглощенных оснований возрастает на 3,4-6,8 мг-экв на 100 г почвы и степень насыщенности основаниями увеличивается на 7-9% в зависимости от доз внесения извести.
Одним из главных условий, обеспечивающих получение стабильных урожаев сельскохозяйственных культур на выщелоченных черноземах Южного Урала является эффективное регулирование агрохимических показателей плодородия почвы. Установлено, что содержание нитратного азота в среднем за вегетацию на паровом поле в пахотном слое было в среднем в 2,4 раза выше, по сравнению с культурами полевых севооборотов (озимые и яровые зерновые, зернобобовые, однолетние травы, пропашные). Высокое содержание нитратного азота в пахотном слое почвы отмечено под посевами кукурузы (40,1 мг/кг) и озимой ржи, идущей в севообороте по чистому пару (35,8 мг/кг).
Содержание подвижного фосфора под различными культурами изменялось незначительно. Из изучаемых севооборотов наиболее высокое содержание подвижного фосфора в пахотном слое почвы отмечено в зернопропашном севообороте с 50%-ным насыщением зерновыми культурами (8,3 мг/100г почвы). По содержанию обменного калия в пахотном слое почвы под сельскохозяйственными культурами в среднем за вегетацию севообороты мало различались между собой (18,2-20,1 мг/100 г почвы). Нашими исследованиями установлена высокая эффективность регулирующего воздействия бобового сидерата (донник) на агрохимические показатели выщелоченного чернозема. В зернопаропропашном севообороте в среднем за 1993-1998 гг. запашка донника (25 т/га) увеличивает в пахотном слое почвы содержание минерального азота на 47%, подвижного фосфора – на 21% и обменного калия на 30% по сравнению с зернопаропропашным севооборотом без сидерата.
При системе отвальной обработки почвы наблюдалось более интенсивная минерализация и повышение лабильности органических соединений азота по сравнению с системами безотвальной или поверхностной обработки, что, в конечном итоге, увеличивало обеспеченность азотом культур севооборота на фоне отвальной обработки в начале вегетации. К середине вегетации и перед уборкой полевых культур более высокое содержание минерального азота в пахотном слое выщелоченного чернозема отмечено при системах безотвальной и поверхностной обработки почвы.
Содержание подвижного фосфора и обменного калия в пахотном слое в среднем за шесть лет исследований (1993-1998 гг.) было выше при безотвальной и поверхностной системах обработки.
Применение органических и минеральных удобрений заметно увеличивает содержание в пахотном слое выщелоченного чернозема доступных форм элементов минерального питания. Установлено, что в среднем за 1993-1998 гг. на фоне внесения навоза (40 т/га) или запашки бобового сидерата (25 т/га) в сочетании с полными минеральными удобрениями (N55P70K35) содержание минерального азота в пахотном слое почвы увеличивается на 7,9 мг/кг почвы, подвижного фосфора – на 2,8 мг/100 г почвы и обменного калия – на 3,9 мг/100 г почвы по сравнению с неудобренным фоном.
Комплексное применение органических (навоз, сидерат) и минеральных удобрений в сочетании с периодическим известкованием и рациональной системой механической обработки почвы обеспечивает воспроизводство и эффективное регулирующее воздействие на физико-химические и агрохимические показатели плодородия лесостепных черноземов.
^ Агрофизические свойства и водный режим выщелоченных черноземов в зависимости от обработки почвы, применения удобрений и известкования
Интенсивная механическая обработка чистого пара в течение шести лет приводит к снижению содержания в пахотном слое выщелоченного чернозема агрономически ценных агрегатов на 38% в сравнении с многолетними бобовыми травами и на 25% – по сравнению с зернопаропропашным севооборотом. Аналогичная тенденция наблюдалось и в подпахотном (30-40 см) слое почвы.
Возделывание многолетних бобовых трав в течение шести лет (1993-1998 гг.) обеспечивало увеличение содержания водопрочных агрегатов в пахотном слое почвы на 15,5% по сравнению с зернопаропропашным севооборотом. Запашка сидерата (донник 25 т/га) заметно увеличивает содержание агрономически ценной фракции и водопрочность структуры почвы как в пахотном, так и в подпахотном слое.
Минимализация основной обработки почвы в полевых севооборотах способствовало увеличению содержания агрономически ценных агрегатов в пахотном слое по сравнению с традиционной системой отвальной обработки. При применении систем безотвальной и поверхностной обработки почвы возрастает содержание водопрочных агрегатов размером более 0,25 мм (на 7-10%).
Внесение навоза в дозе 40 т/га один раз за ротацию шестипольного зернопаропропашного севооборота способствует некоторому увеличению содержания агрегатов размером 0,25-10 мм и водопрочности структуры пахотного слоя выщелоченного чернозема. Запашка сидерата (донник 25 т/га) в этом же севообороте оказывает большее положительное влияние на структурно-агрегатный состав пахотного слоя почвы по сравнению с навозом.
Установлено, что систематическое внесение одних минеральных удобрений снижает содержание агрегатов размером 0,25-10 мм в пахотном слое почвы на 6,2%, а также содержание водопрочных агрегатов размером более 0,25 мм на 5,6%.
Комплексное применение органических удобрений (сидерат, навоз) с полным минеральным удобрением и известкованием существенно увеличивает содержание агрономически ценной фракции агрегатов (до 75-80%), а также водопрочность структуры пахотного слоя выщелоченного чернозема.
Следует отметить высокую эффективность периодического известкования выщелоченных, и особенно оподзоленных черноземов в формировании агрономически ценной структуры пахотного слоя почвы. Заметно возрастали значения коэффициентов структурности (в 1,5 раза), водопрочности (в 1,4 раза) и содержание агрономически ценной фракции агрегатов (на 11,7%).
^ Энергетическая и экономическая эффективность элементов систем земледелия и их сочетаний на черноземных почвах Республики Башкортостан
Для интегральной оценки энергетической эффективности отдельных элементов системы земледелия и их сочетаний использованы методические подходы, сформулированные А.В.Захаренко (1994), а также предлагаемые нами уточненные биоэнергетические критерии: коэффициент востребованности энергии гумуса (КВЭГ) и коэффициент реализации энергии гумуса (КРЭГ) (Кираев, 2000).
На основе обобщения результатов многолетних (1979-2000 гг.) экспериментальных данных установлено, что в структуре совокупных энергозатрат наиболее энергоемким элементом системы земледелия является система удобрений (40-48%) и система обработки почвы (20-30%).
В среднем за ротацию (1993-1998 гг.) наиболее высокое энергосодержание основной продукции получено в зернопаропропашном севообороте при отвальной системе обработки почвы на фоне внесения полного минерального удобрения в сочетании с навозом (44956 МДж/га). Запашка бобового сидерата способствует заметному увеличению коэффициента энергетической эффективности севооборота (на 10-15%).
Установлено, что среди изучаемых севооборотов наиболее высокий энергетический эффект достигается в зернопаропропашных (содержание обменной энергии в урожае и коэффициент энергетической эффективности соответственно 43126 МДж/га и 2,18) и зернотравяных (41312 МДж/га и 2,28) севооборотах. Системы безотвальной и комбинированной обработки лесостепных черноземов обеспечивают наиболее высокий энергетический эффект в зернопаропропашном (40778 МДж/га и 2,12) и зернотравяном (41678 МДж/га и 2,31) севооборотах.
Наиболее высокий коэффициент реализации энергии гумуса (КРЭГ = 7,15) отмечен на фоне полного минерального удобрения в сочетании с сидератом при системе безотвальной обработки почвы. Установлено, что использование бобового сидерата обеспечивает более высокий коэффициент востребованности энергии гумуса (КВЭГ) по сравнению с внесением навоза (соответственно 3,7 и 1,7).
Высокий агроэнергетический эффект обеспечивает периодическое известкование оподзоленных и выщелоченных черноземов из расчета 0,75·Нг (коэффициент энергетической эффективности 2,33).
Наибольший экономический эффект в зернопаропропашных и зернотравяных севооборотах при периодическом известковании слабо- и среднекислых черноземов обеспечивает запашка бобового сидерата в сочетании с полным минеральным удобрением на фоне систем поверхностной и безотвальной обработки почвы. При данных системах обработки себестоимость основной продукции была ниже по сравнению с системой отвальной обработки в среднем на 12%, производительность труда выше на 18%, чистый доход с 1 га больше на 14%, уровень рентабельности выше на 15%. Высокий агроэкономический эффект в зернопропашных севооборотах обеспечивает также внесение навоза в дозе 40 т/га в сочетании с полным минеральным удобрением на фоне системы отвальной обработки почвы.
^ Научно-практические основы агроэкологической оценки плодородия черноземных почв и разработки моделей плодородия черноземов в системах земледелия
При разработке научной концепции агроэкологической оценки плодородия черноземных почв лесостепной зоны Южного Урала нами использовались теоретические и практические основы бонитировки почв по методу В.В.Докучаева и Н.М.Сибирцева (1883, 1952), а также методика Почвенного института им. В.В.Докучаева (Шишов Л.Л., Карманов И.И., Булгаков Д.С., 1991). Обобщение многолетних (1979-1999 гг.) экспериментальных данных и результатов корреляционно-регрессионного анализа взаимосвязи между основными показателями плодородия черноземов и урожайностью сельскохозяйственных культур позволило установить, что наиболее достоверными критериями для интегральной оценки плодородия черноземных почв являются мощность гумусового горизонта, содержание гумуса, запасы гумуса в слое почвы 0-100 см, запасы валовых и доступных форм азота, фосфора и калия, рН и пахотоемкость.
На основе обобщения результатов многолетних (1979-2000гг.) исследований разработана модель плодородия черноземов лесостепной зоны республики (таблица 8).