Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Объект и методика исследований 8
1.1. Географическое положение объекта 8
1.2. Природные условия 8
1.3. Особенности хозяйственной деятельности 14
1.4. Почвы и почвенный покров 19
1.5. Методика исследований 24
Глава 2. Факторы, участвующие в формировании урожаев сельскохозяйственных культур 29
2.1. Потенциал продуктивности зерновых культур по теплообеспеченности 31
2.2. Потенциал продуктивности зерновых культур по влагообеспеченности 33
2.3. Потенциал продуктивности яровой пшеницы по содержанию подвижных форм фосфора и калия 36
2.4. Реализация современного состояния агро- экологического потенциала 38
Глава 3 Статистическая характеристика зональных почв и оптимальные их параметры 41
3.1. Дерново-подзолистые почвы 46
3.2. Серые лесные почвы 50
3.3. Черноземы (оподзоленные и выщелоченные) 57
3.4. Теоретическое обоснование оптимальных параметров почв 62
Глава 4 Характеристика пахотных почв 67
4.1 Теоретические предпосылки воздействия на плодородие пахотных почв 67
4.2. Органические и минеральные удобрения 78
4.3. Баланс элементов питания и динамика агрохимических свойств пахотных почв 82
Глава 5. Динамика, темпы роста урожаев сельскохозяйственныхкультур 89
5.1. Теоретические основы управления продуктивности агроценозов 89
5.1.1. Озимая рожь 95
5.2. Яровая пшеница 105
5.2.1.Биологические особенности и технология возделывания яровой пшеницы 105
5.2.2. Динамика, темпы роста урожайности яровой пшеницы 108
5.3. Кормовые корнеплоды 117
5.4. Сахарная свекла 121
5.5. Связь между фактической урожайностью культур и агрохимическими свойствами пахотных почв 130
Глава 6 Особенности связи между агропроизводственными свойствами пахотных почв и урожайностью культур 133
Выводы 144
Рекомендации сельскому хозяйству 147
Список использованной литературы 148
Приложения 166
- Особенности хозяйственной деятельности
- Потенциал продуктивности яровой пшеницы по содержанию подвижных форм фосфора и калия
- Теоретическое обоснование оптимальных параметров почв
- Баланс элементов питания и динамика агрохимических свойств пахотных почв
Введение к работе
Продовольственная безопасность региона, республики и государства в целом полностью зависит от уровня почвенного плодородия и рационального использования почвенных ресурсов. В современных условиях ведение сельскохозяйственного производства осуществляется с использованием широкого набора агрохимикатов, основные компоненты которых направляются на повышение почвенного плодородия, в частности, на улучшение агрохимического состояния пахотных почв. Поэтому оценка состояния почвенного плодородия необходима, прежде всего для выявления лимитирующего продуктивность агроценозов фактора и разработки конкретных краткосрочных шагов и долговременных программ по оптимизации почвенных свойств, основная цель которой представляет собой постепенное повышение урожайности сельскохозяйственных культур до уровня агроэкодогического потенциала данного региона.
К составным компонентам почвенного плодородия сельскохозяйственные культуры относятся по-разному, что отражается в варьировании оптимальных показателей в зависимости от их биологических особенностей. Для одной и той же культуры оптимальные показатели почв также изменяются в широком диапазоне в зависимости от почвенно-географической зоны, от регионального и фациального положения и от природы самих почвенных свойств (Благовидов, 1962; Семенов, 1970, 1977, 1992; Кулаковская, 1978, 1990; Щишов и др.,1987; Шишов и др.,1991; Булгаков, 1989; Булгаков и др., 1991; Карманов, 1980; Смеян, 1990; Булгаков, Славный, 1992; Карманов, Булгаков, 1995 и др.). Все это указывает на сложную зависимость между почвой и урожайностью культур и на необходимость регионального исследования данной проблемы.
Объектом наших исследований служила центральная часть юга лесостепной зоны Предуральской провинции лесостепной зоны в пределах Аксубаевского района Западного Закамья Республики Татарстан. Она приурочена к западной окраине Предуральской провинции (Природное-сельскохозяйственное районирование земельного фонда СССР, 1975; Природно-сельскохозяйственное районирование земельного фонда СССР, 1984). Особенности формирования урожаев анализируются на примере различных по биологическим особенностям культур: озимой ржи, яровой пшеницы, кормовых корнеплодов и сахарной свеклы.
Цель исследований - провести сравнительную характеристику современного состояния агрохимических свойств почв, установить тенденции их изменения во временном аспекте и выявить факторы лимитирующие урожайность озимых, яровых зерновых хлебов, кормовых корнеплодов и сахарной свеклы в условиях Аксубаевского района Республики Татарстан.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: - формирование банка фактической урожайности культур и его обработка методом скользящих средних; - выявление тенденций изменения урожайности культур и темпов их роста во времени; - проведение аналитической характеристики основных представителей зональных почвенных подтипов по ведущим устойчивым и фундаментальным свойствам; - на основе анализа опубликованных данных определить оптимальные показатели свойств пахотного горизонта почв; - проведение анализа изменения агрохимических свойств почв под влиянием хозяйственной деятельности; изучение связи между агрохимическими свойствами и урожайностью изучаемых культур; выявление лимитирующих факторов в формировании урожаев сельскохозяйственных культур; разработка системы мероприятий, обеспечивающих устойчивый уровень продуктивности агроценозов в масштабе района.
Научная новизна. Разработаны и предложены оптимальные параметры дерново-подзолистых, светло-серых, серых и темно-серых лесных почв, черноземов оподзоленных и выщелоченных лесостепной зоны. Определен агроэкологический потенциал продуктивности ведущих зерновых культур региона по почвенно-климатическим условиям. Выявлен ведущий лимитирующий фактор - содержание подвижного фосфора в увеличении уровня реализации агроэкологического потенциала пахотных почв.
Защищаемые положения:
Агроэкологический потенциал продуктивности яровой пшеницы для региона по почвенным условиям составляет 37 ц/га. При существующем уровне внесения удобрений уровень реализации потенциала составляет 60 %.
Практическая значимость работы. Предложенная автором система подходов в оценке современного состояния агроэкологического потенциала пахотных почв, а также выводы, вытекающие из изучения связи между свойствами почв различного уровня и продуктивностью агроценозов, предназначены для принятия управленческих решений в системе Минсельхозпрода РТ, Агрохимслужбы РТ, а также в сельскохозяйственных предприятиях различных форм собственности. Материалы исследований позволяют целенаправленно управлять формированием урожаев культур и по мере возможности приближать средние урожаи культур к агроэкологическому потенциалу территории.
Особенности хозяйственной деятельности
Изучаемый район специализируется на производстве продуктов сельского хозяйства: зерна и животноводческой продукции. По производству мяса район занимает одно из ведущих мест в республике. В животноводстве большое значение отводится разведению крупного рогатого скота, свиней и овец (табл. 2).
Животноводство и растениеводство представляют две взаимосвязанные отрасли сельского хозяйства. Связь между ними двусторонняя. Продукцию растениеводства потребляет животноводство, а отходы последнего служат традиционным органическим удобрением. Соответственно выход количества навоза и обеспеченность пашни этими органическими сбалансированными по элементам питания удобрениями полностью определяется поголовьем животных, особенно крупного рогатого скота, и зависит полностью от уровня развития живслгноводства.
Кроме того, динамика поголовья скота хорошо согласуется с ростом продуктивности агроценозов. Базовой основой развития отраслей сельского хозяйства являются земельные ресурсы, о распределении которых дает представление таблица 3.
Сельскохозяйственное производство ведется на землях сельскохозяйственного назначения, среди которых наиболее ценными являются пахотные угодья. Удельный вес пашни высок -82,1% и предопределяет высокие темпы развития процессов деградации почвенного покрова и его компонентов. Среди них наиболее существенными являются водная эрозия, дегумификация, уплотнение почв за счет тяжеловесной сельскохозяйственной техники. Пахотные угодья используются для возделывания зерновых, зернобобовых, кормовых, технических культур, соотношение которых иллюстрируется по занимаемой площади в 2001 году (табл. 4).
Почвы и почвенный покров Почвы района представлены полным набором таксонов лесостепной зоны, и включают плакорные дерново-подзолистые, светло-серые лесные, серые лесные, темно-серые лесные, черноземы оподзоленные, черноземы выщелоченные и черноземы типичные. Несмотря на относительно равнинный характер, почвенный покров имеет четкую дифференциацию и выраженную пестроту, что обусловлено проявлением градиентного изменения тепла и влаги из-за колебания высоты элементов рельефа. Более возвышенные элементы рельефа являются более влажными. Это определяет разнообразие скоростей выщелачивания щелочноземельных элементов. Процессы выщелачивания на пониженных участках протекают более затрудненно вследствие более близкого их залегания грунтовых вод и насыщенности их щелочноземельными элементами. Северные представители почвенных подтипов дерново-подзолистые, светло-серые лесные и серые лесные занимают возвышенные плакоры, а почвы черноземного ряда и темно-серые лесные преимущественно приурочены к различным частям склонов. Эту особенность почвенного покрова в общих чертах отмечали И. В. Тюрин (1933), И. Г. Шендриков (1934) и авторы монографии «Почвы Татарии» (1962). Отмеченная закономерность иногда более четко оттеняется. за счет дифференциации почвообразующих пород. Естественно, на породах более легкого гранулометрического состава формируются почвы наиболее сильно выщелоченные, а на породах тяжелого гранулометрического состава - более насыщенные щелочноземельными основаниями. На фоне пестроты почвенного покрова, обусловленной локальными особенностями почвообразователей, отчетливо проявляется широтная зональность. Результирующим итогом сказанного является распределение, площадей зональных почв (табл. 5).
Потенциал продуктивности яровой пшеницы по содержанию подвижных форм фосфора и калия
В создаваемой агроценозами биомассе в качестве компонентов содержатся азот, фосфор и калий. В составе основной и побочной продукции они представлены в определенных соотношениях, Это позволяет проведение прогнозных расчетов продуктивности агроценозов по данным содержания подвижного фосфора и калия. В качестве исходных данных для расчетов используются среднее содержание фосфора и калия в яровой пшенице, мощность пахотного горизонта 30 см и принятая группировка почв этими элементами питания в почвах. Для перевода мг в кг в пахотном горизонте используется плотность, равная 1,20 г/см3. Результаты расчета даны в таблице 7. При средних предельных значениях обеспеченности почв подвижным фосфором пахотный горизонт 1 гектара пашни содержит от 38,9 до 900,0 кг/га этого элемента. Часть этих запасов используется на формирование урожая яровой пшеницы: от 3,9 до 45,0 кг/га. 1 тонна основной и побочной продукции пшеницы содержит 12 кг фосфора. Результаты перевода содержания подвижного фосфора в эквивалентное количество зерна свидетельствуют о потенциально широком размахе урожайности пшеницы: от 3,2 до 37,5 ц/га. Полученные показатели прогнозирование урожаев пшеницы по содержанию подвижного фосфора являются ориентиром для программирования продуктивности агроценозовов. В таблице № 8 приведены аналогичные расчеты по содержанию подвижного калия. При различной степени обеспеченности подвижным калием в пахотном горизонте 1 гектара пашни содержится от 72 до 900 кг этого элемента.
В зависимости от коэффициента использования агроценозы могут усваивать от 14,4 до 900 кг/га подвижного калия, что соответствует от 5,8 до 32,4 ц/га урожая яровой пшеницы. Сопоставление прогнозной урожайности яровой пшеницы по фосфору и калию показывает, что они между собой близки и хорошо согласуются. Вместе с тем видно, что урожай по калию выше низкой степени обеспеченности почв и ниже при высокой степени обеспеченности. При одной и той степени обеспеченности почв разница урожаев изменяется от 0,8 до 6,2 ц/га, что свидетельствует о возможности использования этих данных в практике прогнозирования урожаев зерновых культур. Выше были рассмотрены прогнозные показатели урожайности зерновых культур, в том числе яровой пшеницы, по факторам теплообеспеченности, влагообеспеченности и агрохимического состояния пахотных Аксубаевского района. Используя достигнутый на практике уровень урожаев яровой пшеницы, можно провести оценку реализации потенциала по рассмотренным факторам (таблица 9). Согласно данным таблицы, максимальная урожайность характеризует потенциал по теплообеспеченности, минимальная урожайность - продуктивность современной пашни.
Достигнутый уровень урожайности яровой пшеницы составляет лишь 34,5% от потенциала ее теплообеспеченности, 51,5% - от потенциала ее влагоообеспеченности и 60,0% - от оптимального уровня агрохимического состояния почв. Действительно, потенциал урожайности яровой пшеницы по теплообеспеченности показывает возможные урожаи культуры на данной территории, потенциал по влаге фиксирует эквивалентную продуктивность культуры по существующим атмосферным осадкам, а потенциал по агрохимическому состоянию характеризует возможный уровень урожаев пшеницы при улучшении степени обеспеченности почв подвижными элементами питания. В конце этапа экстенсивного развития земледелия в Республике Татарстан урожайность яровой пшеницы была на уровне 8,0 ц/га (Давлятшин, Бакиров, 1999), урожайность озимой ржи по Аксубаевскому району - 10,3 ц/га (Давлятшин, Бакиров, Валеев, 2001). Можно предположить, что урожайность яровой пшеницы составила среднюю арифметическую между этими двумя показателями - 9,2 ц/га. Разница между современной и экстенсивной урожайностью пшеницы равна 13,3 ц/га, что, безусловно, было достигнуто за счет улучшения агрохимического состояния пахотных почв, повышения мощности пахотного горизонта и других факторов, реализованных хозяйственной деятельностью. Анализ состояния урожайности яровой пшеницы дает оценку достигнутого уровня продуктивности агроценозов, указывает оптимальный путь реализации дальнейшего подъема урожайности культур с целью достижения уровня агроэкологического потенциала по Аксубаевскому району лесостепной зоны.
Теоретическое обоснование оптимальных параметров почв
В предыдущих разделах настоящей главы представлены оптимальные параметры основных представителей зональных почв тяжелосуглинистого и легкоглинистого (черноземы выщелоченные) гранулометрического состава. Они получены на основе тщательного анализа статистических параметров серых лесных почв, черноземов и оптимальных параметров почв других регионов (Благовидов, I960; Семенов, 1970, 1977; Кулаковская, 1978; Плодородие почв: проблемы, исследования, модели, 1985; Шишов, Булгаков и др., 1991; Яппаров и др., 2002 и др.). Набор свойств почв для выявления оптимальных их параметров исходит из уже выше упомянутой концепции интенсификации земледелия (Давлятшин, 2000, 2001). В ней все почвенные свойства рассмотрены в трех группах: Т.Фундаментальные; 2. Устойчивые; 3. Динамичные (подвижные). Реализация агроэкологического потенциала почв требует оптимизации всех свойств. В первую очередь улучшаются те почвенные свойства, которые имеют высокую степень изменчивости, как в пространстве, так и во времени, во вторую очередь или одновременно - устойчивые свойства во времени. Оптимальные параметры почвенных свойств, как правило, характеризуют эталонные почвы и, соответственно, служат критерием для оценки существующих в настоящее время показателей плодородия почв. Кроме того, эталонные пахотные почвы имеют наивысшую продуктивность под агроценозами, которая приближается к уровню агроэкологического потенциала культур по фактору влажности, что было рассмотрено во второй главе.
Оптимальные параметры содержания гумуса пахотного горизонта дерново-подзолистых почв составляют 2,5-3,0%. Ддя Атнннского района республики, что находится севернее нашего района, дерново-подзолистые почвы суглинистого гранулометрического состава имеют оптимальное содержание гумуса в данном горизонте 2,5-3,0 % (Яппаров и др., 2002). Для Аксубаевского района дерново-подзолистые почвы являются экстразональными, формируются на водораздельных дренируемых пространствах, имеют бедные щелочноземельными элементами почвообразующие породы. По сравнению с аналогичными почвами Атнинского района республики они несколько лучше обеспечены теплом, но менее увлажнены. Соответственно, здесь природная гумусированность почв несколько выше дерново-подзолистых почв северной части лесостепной зоны и оптимальные их параметры будут иметь несколько повышенные показатели. Аналогичные суждения также имеют место относительно суммы поглощенных оснований и емкости поглощающего комплекса дерново-подзолистых почв. Серые лесные почвы в сельскохозяйственных угодьях являются преобладающими. Среди них доминируют наиболее плодородные темно-серые лесные, доля участия светло-серых лесных почв небольшая, а серые лесные почвы занимают в этом отношении промежуточное положение.
Оптимальные параметры гумуса для них равны 3,00-3,50%, верхний показатель которых несколько выше тех же почв, занимающих более северное положение в лесостепной зоне (3,0-3,2%), что находит аналогичное объяснение. Для Центральной лесостепной земледельческой зоны пахотный горизонт светло-серой лесной почвы имеет оптимальное содержание гумуса 2,5-2,8%, серой лесной почвы - 3,3-3,5, а темно-серой лесной почвы - 3,5-4,2% (Шишов, Булгаков и др., 1991). Они несколько ниже оптимальных параметров нашего района (табл.14). Этот факт обосновывается тем» что серые лесные почвы района находятся в Предуральской провинции, то есть восточнее Среднерусской провинции (подпровинция Центральная). При движении с запада на восток наблюдается закономерное повышение гумусированности почв, соответственно показатели оптимального содержания гумуса должны быть более высокими. Пахотный горизонт чернозема выщелоченного Центрально-Черноземной земледельческой зоны содержит 6-7% гумуса, 35-50 мг/экв. суммы поглощенных оснований (Шишов, Булгаков и др., 1991). Выявленные нами оптимальные параметры по этим свойствам примерно соответствуют этим литературным данным. В связи с поступательным движение интенсификации земледелия с конца 1950-х годов средняя мощность пахотного горизонта зональных почв варьирует на уровне 25-30 см, что находится примерно на уровне ее нижних значений оптимальных параметров. Во всех зональных почвах содержание подвижных форм фосфора и калия получены на момент закладки почвенных разрезов в разные годы, соответственно, они служат лишь,, в качестве ориентиров. Оптимальные параметры этих свойств даны, исходя из существующего их состояния по материалам последних туров агрохимического обследования пахотных почв района. Вместе с тем, следует отметить, что оптимальным показателем содержания подвижного фосфора и калия является 25 мг/100 г почвы, что соответствует очень высокой степени обеспеченности почв этим элементом.
Баланс элементов питания и динамика агрохимических свойств пахотных почв
Интегральным показателем оценки влияния использованных минеральных и органических удобрений на агрохимическое состояние почв является баланс элементов питания. Произведем несложный расчет по упрощенному балансу макроэлементов питания относительно яровой пшеницы (табл. 20). Расчеты показывают, что положительный баланс макроэлементов по району обеспечивается за счет фосфора, где приходная статья преобладает над расходной статьей на 181 кг д.в. По азоту и калию складывается небольшой отрицательный баланс, соответственно - 82 и - 18 кг. Полученные данные согласуются с расчетами Е.И. Ломако (2002) по республике, где также наблюдается отрицательный баланс по калию на фоне положительных показателей по азоту и фосфору. Характер баланса элементов питания определяет их динамику в пахотном горизонте почв, что отражено в изменении их степени кислотности и обеспеченности фосфором и калием во времени (табл. 21-23). Средневзвешенные показатели рН изменяются в небольшом диапазоне от 5,5 до 5,3. При этом их варьирование наблюдается от тура к туру, что обусловлено проведением мероприятий по известкованию кислых почв.
Одновременно намечается тенденция подкнсления пахотных почв района в связи с применением физиологически кислых минеральных удобрений. Так, по данным I турарН составляет 5,5, а по данным последнего - 5,4. В почвенном покрове района преобладают слабокислые почвы (60,0-70,8%), слабокисло-нейтральные (16,1-30,3%). Это определяет благоприятную среду для многих сельскохозяйственных культур района. Средневзвешенное содержание подвижного фосфора имеет общую тенденцию медленного роста от 97,0 в первом туре до 114,1 мг/кг в последнем. На фоне этой тенденции отмечается спад во втором туре (до 76,0 мг/кг) и к настоящему времени (табл. 22). По результатам I тура обследования в составе пахотного фонда преобладала группа почв со средней степенью обеспеченности подвижным фосфором (67,9%), группа почв с повышенной степенью составляла 21,3%, с низкой степени обеспеченности - 10,1%. По мере насыщенности пашни минеральными удобрениями, в том числе фосфорными, возрастает доля участия групп почв с повышенной н высокой степенью обеспеченности за счет трансформации почв средней степени обеспеченности. Так, в IV- VI турах почвы со средней степенью обеспеченности подвижным фосфором занимают в составе пахотного фонда 37,9-41,1%, с повышенной - 31,1-39,2%, с высокой - 14,3-15,3%. Таким образом, начиная с 1960-х годов намечается общая тенденция возрастания потенциала фосфора пахотных угодий. Вместе с тем, данные последнего тура обследования свидетельствуют о стагнации данного показателя, что, безусловно, связано с имеющим место «нулевым», либо незначительным отрицательным балансом эггого элемента в земледелии в последние годы. Содержание подвижного (обменного) калия в ночвах лесостепной зоны, где преобладают черноземы и темно-серая лесная почвы, как правило, имеет более высокие показатели, средневзвешенное содержание в J туре составляло J 33,0 мг/кг почвы (табл. 23), В последующих турах оно изменяется от 117,5 до 150,0 мг/кг почвы с общей тенденцией уменьшения к последним годам. В первых двух турах преобладает доля участия почв высокой степени обеспеченности этим элементом, а последних трех турах - группы с повышенной и высокой степенями обеспеченности калием.
Эти данные являются свидетельством снижения калийного потенциала пахотных почв района и указывают на необходимость создания положительного баланса. Путем интерполяции агрохимическая характеристика почв района дана в динамике по годам в сопряжении с данными внесения минеральных, органических удобрений и площадей известкования (табл. 24). За исследуемый период каждый гектар пашни получил 2048,8 кг д.в. NPK, 99,44 т/га навоза, что несмотря на существующий вынос урожаем привело к улучшению агрохимического состояния пахотных угодий района, особенно по содержанию подвижного фосфора. Продуктивность агроценозов представляет собой функцию многих переменных факторов, объединяемых в три большие группы: 1) теплообеспеченность; 2) влагообеспеченностъ; 3) почвенные (эдафические) условия. Первые две группы являются природными, показатели которых варьируют согласно законам природы, взаимосвязаны друг с другом, часто трудно поддаются прогнозированию. Третья группа включает почвенные свойства. Безусловно все трн группы факторов изменяются в диапазоне более широком, нежели тот, который требуется для возделывания сельскохозяйственных культур. Успешному регулированию поддаются только факторы третьей группы. Хозяйственной деятельностью достигается изменение свойств и морфодогического строения почв, оптимальный набор сортов возделываемых культур и улучшение технологии обработки земли, блокирующее ускорение процессов водной эрозии и дефляции. Регулирование тепло- и влагообеспеченности возможно только косвенно и в узком диапазоне.
