Введение к работе
Актуальность проблемы. В современных условиях сельскохозяйственного природопользования, наряду с продукционной функцией почвы, учитывают ее способность к проявлению системной устойчивости к комплексу неблагоприятных воздействий. Устойчивость почв обеспечивает стабильное производство растениеводческой продукции, приближает решение важных экологических, агрохимических и других задач.
Одним из опасных неблагоприятных воздействий в земледелии является подкисление пахотных почв. В Российской Федерации более 50 млн. га почв с избыточной кислотностью, ежегодный недобор урожая сельскохозяйственных культур на которых составляет 16-18 млн. тонн в пересчете на зерно. Более половины пахотных почв центрального округа России имеют повышенную кислотность. В Рязанской области таких почв около 70%, при этом тенденция к увеличению их относительной доли в структуре почвенного покрова сохраняется.
Подкисление является одним из основных факторов, ухудшающих почвенное плодородие и лимитирующих урожайность сельскохозяйственных растений. Оно создает условия для деградации минерального комплекса почв, вследствие инициирования необратимых процессов разрушения глинистых минералов (Чижикова, 1992, 1998, 2002); способствует подавлению активности полезной биофазы (Green, 1976; Graw, 1979) и ослаблению органно-минеральных взаимодействий (Травникова, 2003), снижает устойчивость почвы к воздействию неблагоприятных факторов, в частности, к загрязнению тяжелыми металлами (Овчаренко, 2002; Цыганок, 2002); снижает эффективность внесения минеральных удобрений (Шильников, Аканова, 2001). В конечном итоге, следует ожидать ухудшение питания культурных растений, их продуктивности и качества растениеводческой продукции.
Среди множества сведений, приводимых авторами в научной литературе по проблеме кислотности почвы, не достаточно полно представлены материалы, посвященные экологическим аспектам устойчивости почвы к подкислению, как одному из неблагоприятных факторов в земледелии. Оценка кислотного состояния почвы в контексте проблемы устойчивости должна содержать не только традиционные показатели, но и другие, которые характеризуют процессы, механизмы в системе «неблагоприятный фактор почвенный раствор твердая фаза, биофаза», с включением их в существующие модели плодородия почв. Одновременно с этим важно выявить эдафические компоненты устойчивости (на разных уровнях структурной организации почвы), с тем, чтобы, улучшая их функциональное состояние через агротехнику, влиять на почвенную кислотность.
В работе отражены результаты, полученные в многолетних опытах с удобрениями на примере серых лесных почв.
Цель и задачи исследований. Цель работы состоит в агроэкологическом научном обосновании условий, влияющих на устойчивость серых лесных почв к почвенной кислотности в условиях южной части Нечерноземной зоны России. Для ее решения ставились следующие задачи:
1. Изучить состояние кислотности основных пахотных почв Рязанской области.
2. Установить влияние многолетнего применения различных форм удобрений и комплексного окультуривания на устойчивость серой лесной почвы к подкислению.
3. Выявить математические зависимости емкости буферности от обменной и гидролитической кислотности, суммы обменных оснований.
4. Оценить влияние некоторых компонентов почвы на формирование устойчивости почвы к подкислению.
5. Сравнить агрохимические и физико-химические свойства (буферность) серой лесной почвы под пашней, лугом и лесом.
6. Провести микробиологическую диагностику устойчивости почвы к подкислению.
7. Выявить влияние подкисления на устойчивость почвы к загрязнению цинком.
8. Определить влияние кислотности почвы на урожайность ячменя, кукурузы (зеленая масса), картофеля и качество растениеводческой продукции.
Научная новизна. На базе многолетних стационарных полевых опытов с минеральными удобрениями и комплексным окультуриванием серой лесной почвы, сравнительного анализа почв под разными угодьями изучены агрохимические и агроэкологические аспекты устойчивости почвы и ее компонентов к подкислению.
Предложена система показателей, характеризующих устойчивость почвы к подкислению. Использован метод микробиологического биотестирования устойчивости на основе определения численности основных групп микроорганизмов.
Впервые для серых лесных почв установлены математические зависимости показателей устойчивости от обменной и гидролитической кислотности, суммы обменных оснований, что может иметь прогностическое значение.
Установлено влияние кислой реакции почвенной среды на урожайность ячменя, кукурузы, картофеля и качественные показатели растениеводческой продукции. Приведено практическое и теоретическое обоснование параметров физико-химической и биологической устойчивости к подкислению.
Практическая значимость работы. Обосновано применение комплексного окультуривания серой лесной тяжелосуглинистой почвы, как фактора, повышающего ее устойчивость к подкислению.
В системе мониторинга и предупреждения деградационных процессов рекомендовано наряду с традиционными показателями, характеризующими кислотное состояние почв, определять и включать в модели плодородия показатели емкости, интенсивности буферности, коэффициент буферности и потенциальную буферную способность.
Обоснована необходимость создания в определенных случаях в системе агроландшафта луговых экосистем.
Апробация работы. Результаты исследований доложены на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава Рязанской государственной сельскохозяйственной академии им. профессора П.А. Костычева с 2004 по 2008 годы, на научной конференции «Х Юбилейные Докучаевские молодежные чтения» Санкт-Петербургского государственного университета, Санкт-Петербург 2007 г., международной научной конференции «Проблемы и перспективы развития аграрного сектора» Смоленской ГСХА, Смоленск 2007 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав и выводов. Работа изложена на 149 страницах печатного текста, содержит 25 таблицы, 27 рисунков, 17 приложений. Список литературных источников включает 157 наименований, из них 30 – зарубежных авторов.
Автор выражает благодарность научным руководителям Р.Н. Ушакову и Я.В. Костину, а так же Л.В. Ильиной, Т.А. Соколовой и Н.П. Чижиковой за постоянную помощь и поддержку при выполнении работы.
