Введение к работе
Актуальность проблемы. В. В. Докучаев неоднократно отмечал, что чернозем был, есть и останется основой благополучия России.
Западно-предкавказские сверхмощные и мощные малогумусные и среднегумусные черноземы относятся к самым мощным черноземам России. Их расположение по обе стороны 45-й параллели, вблизи Азовского и Черного морей, обусловливает благоприятные климатические условия земледелия. Здесь, на 3% сельскохозяйственных угодий России, производится 16% зерна высококачественной озимой пшеницы, 40% озимого ячменя, 24% зерна других культур, 30% подсолнечного масла и 25% сахара.
Здесь наибольшая в России распаханность земель и наименьшая площадь пашни *а душу населения - 0,8 га. По темпам интенсификации земледелия и росту урожайности Западно-Предкав-казский регион значительно превосходит остальные регионы Севернсгс Кавказа и России (табл.1).
Таблица 1 Применение минеральных удобрений и урожайность (т/га) основных полевых культур на Северном Кавказе (по годам)
Однако, по мере возрастания доз удобрений, окупаемость их урожаем уменьшается. Кроме того, проявляется негативное воздействие удобрений на некоторые агрохимические и агрофизические свойства почвы, а также на экологическое состояние почвы и получаемой продукции растениеводства. Так в 1987... 1988гг. при достижении положительного баланса основных питательных веществ ежегодно с удобрениями в почву вносилось по Краснодаскому кр.: цинка - 711т, меди - 136т, марганца - 1228Т, молибдена - 14т, кобальта - 6т. Поэтому, по мере интенсификации земледелия, проблемы гармоничного повышения показателей плодородия почвы и получения экологически безопасной продукции становятся все более актуальными.
Негативные изменения признаков плодородия почв начали четко проявляться в конце двадцатых годов, со времени интенсивной распашки целинных и залежных земель, введения плодосменных севооборотов, насыщенных зерновыми.
Возросли зродироеанность земелі, потери гумуса в пахотном горизонте почвы, усилилась прогрессирующая физическая деградация земель, выражающаяся в разрушении структуры, уплотнении почв, нарушении естественного термического, водного и воздушного режимов.
Серьезную опасность для плодородия и будущего черноземов представляет также потеря кальция и подкисление почвы, ее химическое загрязнение и обеднение почвенной биоты.
Наши исследования покагали. что идет интенсивное обеднение почвы кальцием. Интенсивность баланса " кальция в 1986... 1987гг. составила-, в Краснодарском кр. - 49%, Ставропольском - 41. в Ростовской обл. - 55.
Есе эти симптомы и признаки деградации черноземов, ухудшения экологического состояния биосферы - почвы, воды и воздуха, усиливаются по мере интенсификации земледелия.
К настоящему времени состояние земледелия на западно-предкавказских черноземах пріїблизилось к опасному рубежу, за которым могут последовать непоправимые экологические катаклизмы.
Цель и задачії исследований. Цель исследований - изучить и оценить факторы, определяющие степень и направленность изменения плодородия западно-предкавказских черноземов, разработать способы оптимизации этих факторов в целях-повышения
плодородия почвы и оздоровления экологической ситуации в сфере сельскохозяйственного производства.
Для выполнения этой цели решались следующие задачи: уточнена изменившаяся за последние десятилетия агрохимическая и агрозкологическая характеристика западно-предкавказских черноземов и -разработан прогноз изменения их плодородия в естественных и антропогенных условиях;
установлены оптимальные уровни агрохимических показателей для черноземов Западного Предкавказья;
изучены приемы и методы сохранения и повышения содержания гумуса в черноземах;
установлены оптимальные дозы и соотношения удобрений в севооборотах в соответствии с уровнем плодородия почвы и планируемой урожайности возделываемых культур;
разработаны и рекомендованы приемы и способы защиты почв от ветровой и водной эрозии.
Научная новизна. Впервые в Западно-Предкавказском регионе проанализированы, обобщены и систематизированы многолетние результаты длительного применения удобрений в производственных условиях и в условиях стационарных опытов, разработана комплексная система мер улучшения показателей почвенного плодородия - содержания гумуса, подвижных форм азота, фосфора и обменного калия в почве, агрохимических и агрофизических свойств почвы, урожайности возделываемых сельскохозяйственных культур, экологической ситуации в земледелии и экологической безопасности продукции, развития и интенсивности эрозионных процессов, которые были включены в зональные системы земледелия.
На защиту выносятся следующие положения, вытекающие из результатов исследований:
-
Существующий баланс веществ в земледелии, все возрастающая деградация мощных и сверхмощных западно-предкавказских черноземов, ухудшение их агрохимических, агрофизических свойств и биологической активности. В ближайшие 20.. . 25 лет содержание гумуса в черноземах составит менее трех процентов при предельной емкости целинных почв по гумусу: обыкновенных черноземов - 4,1... 4,3Z; типичных -4,4...4,6% и выщелоченных - 4,3...4,5.
-
Ликвидация дефицита баланса гумуса в черноземах - дли-
- 4 -тельный процесс систематического внесения органических веществ - навоза и побочной продукции растениеводства в системе удобрения севооборота. "Залповые" высокие дозы навоза - в сотни т/га, как правило, не достигают цели. Идет интенсивная минерализация органической массы при незначительном - до 0,1 % увеличении содержания гумуса.
-
Переходная к математической экспертиз-описательная модель (схема) управления плодородием почвы, на основе которой установлена количественная зависимость урожайности озимой пшеницы от различных показателей эффективного плодородия и систем применения удобрений на обыкновенном черноземе.
-
Количественная зависимость урожайности озимой пшеницы от запасов продуктивной влаги и содержания минерального азота в выщелоченном черноземе в различные периоды вегетации, позволяющая прогнозировать уровень урожайности и, в известной мере, направленно повышать его.
Б. Новые противоэрозионные агрокомплекси и почвозащитные технологии возделывания культур, защищающие почву, от дефляции и эрозии.
-
Система мер, предотвращающая загрязнение почвы тяжелыми металлами и пестицидами. представляющее серьезную опасность в отношении ухудшения качества сельскохозяйственной продукции.
-
Внесенные коррективы в дезы и соотношения удобрений в соответствии с уровнем плодородия ПОЧЕЫ.
-
Предложенный комплекс мер по ликвидации потерь кальция и подкисления почв.
В работе обобщены результаты длительных стационарных и краткосрочных опытов, проводимых во Ьеесокэном научно-исследовательском институте удобрении и агропочвоведения им. Д. Е Прянишникова в 1970... 1363гг. и ъ Северо-Кавказском научно-исследовательском и проектно-технологическом институте агрохимии и почвоведения, в 1988...1994гг., в разработке и проведении которых автор принимал непосредственное участие.
Хотелось бы выразить благодарность сотрудникам СКНИПГИАП А. Я. Ачканову, Ю. В. Хомутову, М. X. Ширнняну, Е И. Подлипен-цевой, JLJL Кныр, И. Б. Морозовой, rj. С. Громову за помощь в проведении исследований. Глубокую благодарность автор выражает академикам РАСХН Е. Г. Микееву, Н. 8. Милащенко, А. Е
- 5 -Щербакову, докторам сельскохозяйственных наук В. Е. Явтушен-ко, А. Б. Глуховскому, Н. Г. Малюге, М. С. Соколову, В. А. Черникову за участие в обсуждении результатов данной работы.
Практическая ценность и реализация результатов исследований. Результаты исследований, направленных на практическое решение вопросов повышения плодородия почв и эффективности применения удобрений, включены в изданную в 1990г. книгу "Программа повышения плодородия почв и эффективности удобрений в колхозах и совхозах Краснодарского края на 1990-1995гг."; во "Временные рекомендации по особенностям накопления и путям снижения содержания нитратов в овощной продукции", изданные в 1989 г.; в книгу "Научные основы и рекомендации по эффективному применению органических удобрений" (1991), в книгу "Нормативные показатели содержания азота, фосфора и калия в органических удобрениях и использование их сельскохозяйственными культурами на 1991-1995 гг. " (1991); в книгу "Ландшафтное земледелие (вопросы теории, методики исследований, проектирования и агрсзкологического мониторинга ландшафтных систем земледелия)" (1994); в материалы Всероссийского научно-производственного совещания по производству сельскохозяйственного сырья для производства экологически безопасной продукции (1994); в рекомендации по системам земледелия на орошаемых землях Краснодарского края (1992); в системы ведения земледелия Краснодарского края на 1990-1995гг. (1990); з рекомендации по рациональному применению удобрений (1989). Теоретические положения и рекомендации, изложенные в представленной работе, внедряются в Северо-Кавказском регионе на площади около 12млн. га. Основные положения научных исследований используются в практической работе институтов "РосНИИгипрозем" и "КубаньНИИгипрозем" в качестве справочно-нормативных материалов.
Освоение научно-обоснованных технологий сохранения и воспроизводства плодородия черноземов, как показывает наш опыт проектирования ландшафтных систем земледелия в ОПХ СКНИПТИАП "Газырское", позволит снять негативные тенденции и стабилизировать ресурсный потенциал почв, повысить продуктивность земледелия, снизить зависимость его от непрогнозируемых колебаний гидротермического режима в вегетационный период.
Апробация работы. Результаты исследований неоднократно докладывались и получили положительную оценку на заседании Ученого совета Северо-Кавказского научно-исследовательского и проектно-технодогического института агрохимии и почвоведения, Всероссийского научно-исследовательского института удобрений и агропочвоведения им. Д. Е Прянишникова, на совещании молодых ученых в г. Краснодаре (1972), на Всесоюзном научно-производственном совещании в г. Ростове-на-Дону (1974), на выездном заседании секции агрохимии Россельхоза-кадемии в г. Краснодаре (1991), на Всероссийском симпозиуме по загрязнению почв" тяжелыми металлами в г. Краснодаре (1993), на научной сессии Россельхоэакадемии в Каменной Степи (1992), на научно-практической конференции в г. Челябинске (1993), на научно-практической конференции по проблемам черноземов в т. Краснодаре (1993), на агрономических семинарах в Краснодарском крае, в ряде научно-методических конференций ВАСХНИЛ, ВИУА, КНИИСХ и др., на заседании бюро секции агрохимии ВНИПГЙХИМ (1992, 1994), на Всесоюзных совещаниях Географической сети опытов с удобрениями (Суздаль 1989, 1991, Москва 1993).
Публикации. По теме диссертации опубликовано и сдано в печать 42 работы в центральных и областных изданиях общим объемом свыше 80 п. л. , в т. ч. монографии: "Программа повышения плодородия почв и эффективности удобрений е колхозах и совхозах Краснодарского края на 1990-1995гг." (1990); "Научные основы и рекомендации по эффективному применению органических удобрений" (1991); "Нормативные показатели содержания азота, фосфора и калия в органических удобрениях и использование их сельскохозяйственными культурами на 1991-1995гг." (1991); "Интенсивная технология возделывания рапса и сурепицы" (1986); "Интенсивная технология возделывания зерновых культур и рапса" (1988); "Системы ведения земледелия Краснодарского края на 1990-1995гг. " (1990), "Системы земледелия на орошаемых землях Краснодарского края" (1992); "Ландшафтное земледелие (вопросы теории, методики исследований, проектирования и агроэкологического мониторинга ландшафтных систем земледелия" (1994); "Агроэкологические проблемы повышения плодородия черноземов Западного Предкавказья" (Пущино, 1995), написанная без соавторов.
Условия и методика проведения исследований. В соответствии с координационным планом НИР и ОКР, исследования велись по заданиям: 1) 0. 51. 051. И "Разработать научные основы борьбы с эрозией почв при помощи полимеров - структурооОразова-телей и применения удобрений"; 2) 0.51.050 "Разработать теоретические основы и методы борьбы с водной и ветровой эрозией почв"; 3) 0.51.126 "Разработать научные основы систем удобрения на эродированных почвах в сочетании с приемами противоэрозионной обработки почв"; 4) 0.51.01.05 "Разработать и усовершенствовать почвозащитные системы земледелия и внедрить их по зонам страны".
Анализ результатов длительных опытов показал, что они не отвечают агроэкологическим требованиям и не могут дать объективный прогноз агроэкологической ситуации в земледелии, поэтому были заложены новые опыты.
Проведение полигонного агроэкологического мониторинга в степном полеводческом агроландшафте с разным насыщением средствами химизации и разными системами обработки почвы осуществляется в опыте, заложенном в 1989г. , в котором изучается влияние 27 технологий, комплекса агроприемов и систем защиты растений на почвенное плодородие, экологическую обстановку.
Программа мониторинга включает блоки: "почЕа" , "растение", "влага", "погода", "фитосанитарное состояние", "биологическая активность". Ею решаются следующие задачи:
оценка направленности и степени воздействия агротехнических приемов на плодородие почв;
долгосрочные и сезонные изменения содержания доступных форм элементов питания и влажности;
контроль за изменением водно-физических и агрохимических свойств почвы под влиянием технологических и агрохимических факторов;
контроль за изменением фосфатного и калийного состояния почв;
обоснование основных закономерностей влияния различных технологий на почву и сельскохозяйственные культуры;
фитосанитарное состояние посевов;
микробиологические исследования для установления негативных последствий интенсивной химизации земледелия;
разработка математических моделей, отражающих влияние
- a -
технологий на урожайность, качество продукции и плодородие почв.
Решение комплекса агротехнических и мелиоративных мероприятий охраны и повышения плодородия орошаемых черноземов, обеспечивающих получение высоких урожаев экологически чистой продукции осуществлялось в опыте, заложенном в 1990г. , где изучаются два фактора: обработка почвы и удобрения.
Для разработки и обоснований модели плодородия почв проводились исследования принципов управления эффективным плодородием почв, обеспечивавших получение планируемых урожаев экологически чистой продукции. Изучалось влияние на плодородие почв звеньев севооборота, отдельных составляющих севооборота (сидераты, бобовые культуры), отдельных технологических приемов (обработка почвы, химмелиорация с приминением гидрогелей и стеромаля, замена части минеральных удобрений биопрепаратами - ризоагрин, лизорин, ризоплан, .агрофил, флавобактерин) .
Научные основы и приемы регулирования гумусового состояния почв изучаются в опыте, заложением в і991 г. . в котором изучаются дозы навоза к. р. с. от 2 до 600т/га и экологически чистого удобрения "Биогумус" - в дозах от 3 до 40г/га. Целью этого опыта является также получение экологически чистой продукции.
Наши исследования входят в государственную научно-техническую программу "Разработать новые интенсивные знергссСере-гающие технологии и технические средства для растениеводства, обеспечивающие производство экологически чистой продукции и охрану окружающей среды" и программу "Раз-работать научные основы формирования агроландшафтов и создать качественно новые зональные системы земледелия для основных природно-сельскохозяйственных зон России".
Опыты проводились на опорном пункте ЕЯУА в зерносовхозе "Армавирский", на опытном поле СКНШГИАП в ОПХ "Газырекое" и учхозе "Кубань" КГАУ на черноземах обыкновенных и выщелоченных малогумусных и среднегумусных мощных и сверхмощных, легкоглинистых, глинистых и тяжелосуглинистых, имеющих средую-щие агрохимические показатели: рН 6,5. ..7.2-. гумуса в пахотном слое - 3,5...4,5% ПО Тюрину; Р205 - 1,5. ..3.5мг; К20 -41,5. ..45,5мг на 100г почвы по Мачигину.
В опытах выращивались районированные сорта и гибриды по общепринятым в регионе технологиям.
- 9 -Минеральный азот в почве определяли на поточной линии "Скаляр", подвижный фосфор и обменный калий - на пламенном фотометре, содержание гумуса- по Тюрину, валовой азот - по Кьельдалю, нитрификационную способность - по Иравкову, фракционный состав минеральных фосфатов-по Гинзбург-Лебедевой. Статистическая обработка опытных данных проводилась по Пере-гудову.
