Введение к работе
Актуальность проблемы. Успешное обеспечение экологической и продовольственной безопасности российские ученые-аграрники видят в ландшафтном подходе в земледелии, в ориентации на адаптивность полевых агроценозов, биологизации земельных ресурсов на ландшафтной основе и использовании ресурсосберегающих технологий (Каштанов А. Н., 1992; Кирюшин В. И., 2000; Жученко А. А., 2004).
В ресурсосберегающих технологиях особую остроту приобретает вопрос о сбалансированном питании растений всеми необходимыми элементами для обеспечения устойчивых урожаев с высоким качеством продукции, что вызывает необходимость применения микроудобрений с учетом типа агроландшафта, содержания их в почвах и биологических особенностей питания культур (Котлярова О. Г., 1999; Ковалев Н. Г., 1999; Пугачева Л. В., 2004).
Система земледелия на агроландшафтной основе нацелена на максимальное использование биологического азота, так как технический азот в
100 раз дороже азота многолетних трав и его производство чревато тяжелыми экологическими последствиями (Ковда В. А., 1983). Вместе с тем применение бобовых трав в качестве сидерального удобрения на удаленных полях, навоза, соломы и извести, с одной стороны, улучшает физико-химические свойства почвы, увеличивает валовые запасы макро- и микроэлементов, а с другой – уменьшает их доступность для питания растений из-за фиксации подвижных форм органическим веществом почвы, карбонатами и фосфатами (Васильев В. А., 1984; Милащенко Н. З., 1999).
Таким образом, с учетом ландшафтных условий местности на фоне биологизации земледелия и химической мелиорации почв включение в метаболизм растений микроэлементов азотного обмена (Cu, Mn, Mo) существенно повышает коэффициент использования макроудобрений, и в частности минерального азота, что обусловливает улучшение экологической обстановки в агроландшафте (Ягодин Б. А., 2002; Завалин А. А., 2007). В этой связи данные исследования актуальны как с теоретической, так и с практической точки зрения.
Цель и задачи исследований. Цель настоящих исследований заключалась в оптимизации применения медных и марганцевых удобрений в полевых агроценозах на основе разработанной нами методики зонирования агрогеосистем различных уровней, содержания и сезонной динамики форм соединений микроэлементов в компонентах ландшафта и предшественников.
В задачи исследований входило:
– разработать методику агроландшафтного районирования территории Республики Мордовия на макро-, мезо- и микроуровне;
– выявить влияние ландшафтных условий местности на накопление меди и марганца в морфологических органах растений и кормах;
– изучить особенности пространственной и внутрипрофильной дифференциации форм соединений меди и марганца под влиянием типа агроландшафта;
– провести оптимизацию применения медных и марганцевых микроудобрений в посевах сельскохозяйственных культур в агроландшафтах юга Нечерноземья;
– установить влияние типа микроагроландшафта на эффективность некорневых подкормок сульфатом меди и сульфатом марганца посевов пшеницы и гороха, динамику форм их соединений и плодородие почвы в агроландшафтных полигонах СХПК «Аловский» Атяшевского района;
– определить эффективность медных и марганцевых микроудобрений по фону различных предшественников (клевер луговой, пар чистый, вико-овсяная смесь), баланс и динамику форм изучаемых микроэлементов, плодородие почвы, урожайность и качество культур в севообороте;
– обосновать экологическую безопасность применения медных и марганцевых микроудобрений;
– рассчитать энергетическую и экономическую эффективность применения медных и марганцевых микроудобрений в интенсивных и ресурсосберегающих технологиях возделывания пшеницы, ржи и ячменя в агроландшафтах юга Нечерноземья;
– предложить производству методику агроландшафтного зонирования, способы, дозы и сроки применения медных и марганцевых удобрений в технологиях для хозяйств с различными финансовыми возможностями.
Научная новизна. Впервые на основе разработанной методики агроландшафтного зонирования и сопряженных исследований основных компонентов ландшафтов юга Нечерноземья (почва, растительность, вода и др.) проведена оптимизация применения медных и марганцевых удобрений в посевах сельскохозяйственных культур. Научно обоснована типизация территории на макро-, мезо- и микроуровне с учетом структуры угодий, литогенной основы, урожайности сельскохозяйственных культур и устойчивости земледелия. Выполнено систематическое определение различных форм соединений меди и марганца (легкоподвижных, труднорастворимых, в составе органического вещества, связанных с полуторными оксидами и др.) в профиле основных типов и разновидностей почв. Осуществлен мониторинг форм меди, марганца и других агрохимических показателей почвы в условиях агроландшафтных полигонов и реперных участков, определена эффективность этих микроудобрений в зависимости от типа микроагроландшафта в интенсивных и ресурсосберегающих технологиях. В областях и республиках лесостепной зоны впервые проведен полный цикл агрохимического обследования почв на содержание в них подвижной меди и марганца. Так, например, в 1984 году в Волго-Вятском регионе на содержание меди и марганца было обследовано 326,6 тыс. га пашни, из них 97,3 % приходилось на Мордовию.
Доказано влияние вида предшественника (клевер луговой, пар чистый, вико–овсяная смесь на зерно) и систем земледелия на баланс и динамику форм соединений меди и марганца, плодородие чернозема выщелоченного, урожайность и качество культур в севообороте.
Положения, выносимые на защиту:
– методика агроландшафтного районирования территории на макро-, мезо- и микроуровне для целей оптимизации применения медных и марганцевых удобрений;
– оценка степени влияния типа агроландшафта на содержание меди и марганца в полевых агроценозах;
– анализ пространственной и внутрипрофильной дифференциации форм соединений меди и марганца под влиянием типа агроландшафта;
– агрохимическая оценка эффективного использования медных и марганцевых удобрений в интенсивных и ресурсосберегающих технологиях возделывания сельскохозяйственных культур в зависимости от типа агроландшафта;
– степень влияния типа микроагроландшафта на содержание, динамику форм соединений меди и марганца, плодородие почвы, урожайность и качество сельскохозяйственных культур в севообороте;
– эколого-агрохимическое обоснование применения медных и марганцевых удобрений по фону различных предшественников в севообороте (клевер луговой, пар чистый, вико-овсяная смесь), баланс меди и марганца по видам пара;
– биоэнергетическое и экономическое обоснование эффективного применения медных и марганцевых удобрений в интенсивных и ресурсосберегающих технологиях возделывания сельскохозяйственных культур в агроландшафтах разных типов.
Практическая значимость. На примере Мордовии разработана методика агроландшафтного районирования территории на макро-, мезо- и микроуровне для целей оптимизации применения медных и марганцевых удобрений. Установлено влияние ландшафтных условий местности на содержание меди и марганца в морфологических органах растений и кормах, что дает возможность регулировать их концентрацию в процессе онтогенеза и сбалансировать рационы животных до закладки кормов на хранение. В результате проведенных исследований получены новые данные, позволяющие обосновать рекомендации по эффективному применению меди и марганца в интенсивных и ресурсосберегающих технологиях возделывания сельскохозяйственных культур в зависимости от типа агроландшафта. Установлено снижение урожайности и качества зерна, эффективности медных и марганцевых удобрений, ухудшение плодородия почвы в звене трехпольного севооборота с чистым паром. Сопряженные исследования всех компонентов ландшафта (почва, растительность, вода и др.) на содержание меди и марганца служат основой для использования полученных результатов в сельском хозяйстве, медицине, биологии, землеустройстве и в других областях.
Реализация результатов исследований. Материалы исследований использованы в рекомендациях по применению микроудобрений в колхозах и совхозах Мордовской АССР (1988); в крестьянских и фермерских хозяйствах Мордовии (1992); в методическом пособии по обоснованию оптимальной структуры посевов зерновых культур (1997); в методическом пособии: «Современные технологии производства зерна» (2002); в монографиях «Пшеница в Мордовии» (2005); «Медь и марганец в агроландшафтах юга Нечерноземья» (2008); в методических рекомендациях «Использование клевера лугового в полевых севооборотах Республики Мордовия» (2005).
Основные положения и результаты диссертационной работы прошли производственную проверку в хозяйствах Мордовии: в колхозе им. М. Горького Атяшевского района (1975–1978 гг.), «Рассвет» Ельниковского (1983–1985 гг.), в Кемлянском совхозе-техникуме Ичалковского (1985–1988 гг.), в племсовхозе «Россия» Лямбирского, им. 50-летия ВЛКСМ Дубенского
(1987 г.), им. Н. К. Крупской Кочкуровского (1988 г.), СХПК «Николаевское» Старошайговского района (1989–1992 гг.), в Мордовском НИИ сельского хозяйства (1993–2007 гг.) на общей площади около 20 тыс. га. Материалы диссертации используются в учебном процессе Аграрного института Мордовского государственного университета им. Н. П. Огарева, Кемлянского совхоза-техникума Ичалковского района и Института агробизнеса при Министерстве сельского хозяйства и продовольствия Республики Мордовия.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научно-практических конференциях ЦИНАО, ВНИПТИХИМ, ВДНХ СССР (1983–1992 гг.), Международной научно-практической конференции, посвященной 95-летию со дня рождения академика В. П. Мосолова (Йошкар-Ола, 1983), IV Международной конференции «Миграция тяжелых металлов и радионуклидов в звене почва – растение (корм, рацион) – животное – продукт животноводства – человек» (Великий Новгород, 2003), международных научно-практических конференциях, посвященных памяти члена-корреспондента РАСХН Н. И. Глуховцевой (Кинель, 2003–2005 гг.), на ежегодных научных сессиях Северо-Восточного НМЦ РАСХН (Киров, 2002–2005 гг.), научно-практических конференциях, посвященных 70- и 75-летию Мордовского НИИСХ (Саранск, 2000, 2005 гг.), Огаревских чтениях Мордовского государственного университета им. Н. П. Огарева (Саранск, 1993 – 2006 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано более 120 научных работ, в том числе около 40 в реферируемых журналах. В иностранных источниках опубликована одна работа.
Структура работы. Диссертационная работа изложена на 432 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 8 глав, выводов и рекомендаций производству. Работа содержит 76 таблиц, 11 рисунков, 52 приложения. Библиографический список включает 599 источников, из них 57 – на иностранных языках.
