Введение к работе
Актуальность темы. Одним из главных факторов воспроизводства тлодородия почв и получения высоких устойчивых урожаев сельскохозяй-лвенных культур является диагностика и оптимизация минерального пита--сия. Уровень плодородия почв, в том числе содержание макро- и микро-злементов в почве, во многом определяет рост, развитие, продуктивность и химический состав растений, а через растения отражается на здоровье и
Цель и задачи исследований. Основная цель - на основе много-іетних экспериментальных исследований определить систему информатив-ых показателей почв и растений, их взаимосвязи, градации и соотношения зля оценки уровня минерального питания зерновых культур; разработать методологию комплексной диагностики питания зерновых культур макро- и микроэлементами.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
изучить динамику и взаимосвязи содержания, распределения и соотношения макро- и микроэлементов в растениях и почвах разных типов;
разработать сдособы прогноза изменений эффективного плодородия почв по анализам почв и растений;
определить нормативные параметры оценки уровня минерального питания зерновых культур в разных почвенно-климатических зонах по результатам почвенной и растительной диагностики;
-' провести экспериментальную проверку адекватности разработанных нормативов и разных способов расчета доз удобрений на запланироагя-ный урожай зерновых культур;
разработать методику и нормативную базу для составления картограмм содержания макро-и микроэлементов в растениях с учетом продуктивности зерновых культур и структуры почвенного покрова (СПП);
провести сравнительную оценку разных способов интерпретации результатов диагностики минерального питания растений;
разработать методику диагностики и оптимизации минерального питаний зерновых культур с учетом их биологических особенностей, параметров плодородия почв, сбалансированности питательных вешеств и планируе-мой ^7>ожайнссти;
- разработать информационную экспертную систему (ЭС) на ЭВМ по управлению минеральным питанием озимой пшеницы макро- и микроэлементами и ее продуктивностью с учетом СПП, агроэкологической характеристики территории, требований культуры к условиям возделывания, лимитирующих и ряда других факторов.
Объекты и методы исследований. Поставленные задачи обусловили широкий географический диапазон исследований, выполненных автором (или под руководством автора при его участии) в разных почвенно-климатических зонах в течение 1964-1995 г.г. в соответствии с тематическим планом Почвенного института им. В.В.Локучаева (рис. 1).
Объектами изучения были агроценозы районированных сортов зерновых культур (озимой и яровой пшеницы, озимой ржи, яровых овса и ячменя) на дерново-подзолистых, серых лесных, черноземных и каштановых почвах. Экспериментальные исследования проверены в вегетационных, полевых и производственных опытах с дозами макро- и микроудобрений, а также в условиях пассивного эксперимента на производственных посевах хлебных злаков в соответствии с действующими методическими указаниями. В основу экспериментальных исследований положено изучение зависимостей в системе "почва-удобрение-растение-урожай" с использованием сравнительно-географического метода, почвенной и растительной диагностики (В.В.Церлинг, 1978), линейно-выборочного учета урожая (Прохорова, 1974, 1989) в сочетании с методами математического анализа (А.С.Фрид, 1981; БАДоспехов, 1982; В.А.Рожков, 1985). Сопряженные исследования почв и растений по периодам формирования урожая проводились в соответствии с собственными методическими разработками /15, 35,46/.
Анализы почв и растений выполнены стандартными общепринятыми методами в инструментально-аналитической лаборатории и лаборатории химии почв Почвенного института, а также в Московской областной про-ектно-изыскательской станции химизации сельского хозяйства. Математическая обработка результатов исследований осуществлена в лаборатории почвенной информатики Почвенного института им.В.ВЛокучаева' по программам, разработанным В.А.Рожковым и А.С.Фридом (1972,1980,1981, 1985), а также в лаборатории диагностики плодородия почв по программам, разработанным А.Н.Прохоровым и А.Н.Кочетовым (1989).
Научная новизна. Проведены первые методологические исследования по комплексной почвенно-растительной диагностике минерального питания зерновых культур на генетически разнородных почвах. Для оценки, прогноза и регулирования уровня питания растений макро- и микроэлементами изучена система показателей, характеризующих свойства, химический состав и продуктивность почв и растений, характер и закономерности их взаимодействия; выявлена взаимообусловленность их уровней; разработаны нормативы обеспеченности различных зерновых культур эле-
c^V &a ^
Рисі Карта-схема расположения объектов исслєдоалния
ментами питания (N, P, К, Ca, Mg, Zn, Си, Mo, б.Со, Mn) по периода* формирования урожая на почвах разных типов.
Построена математическая модель динакики содержания азота в поч ве и растениях для прогноза и расчета статей баланса азота в разные пе риоды вегетации растений.
Разработана методика оптимизации питания зерновых культур макро и микроэлементами с учетом их сбалансированности на почвах разных ти пов.
Разработана методика и нормативная база для построения агрохими ческих картограмм содержания питательных веществ в растения* (различных зерновых культурах) на основе почвенных карт, отражающие СПП.
Создана и реализована в действующей экспертной системе комплекс ная модель оптимизации минерального питания и управления продуктивностью озимой пшеницы с ориентацией на урожай порядка 50 ц/га при соблюдении требований воспроизводства плодородия почв, охраны окру жаюшей среды от загрязнения и учета экономических факторов.
Практическая значимость и реализация результатов неспело ваний. Зависимости, установленные в системе "почва-удобрение-растение-урожай", и разработанные нормативы поззолили использовать для ком плексной оценки эффективного плодородия почв наряду с почвенными анализами также и анализы растений. Картограммы обеспеченности растений элементами питания, составленные по результатам листового анализа зерновых культур, точнее (чем картограммы, построенные по результатам анализа почвы) отражают доступное растениям количество питательных веществ с учетом взаимодействия макро- и микроэлементов,.уже поступивших в растение и участвующих в формировании урожая.
Установленные закономрености содержания и распределения макро-и микролементов в почвах и растениях, определение их оптимальных концентраций для получения биологически ценной растительной продукции при заданном уровне урожайности могут быть использованы как для контроля и охраны окружающей среды от загрязнения, так и для охраны здоровья человека и животных.
Разработанная экспертная система по управлению условиями минерального питания и продуктивностью озимой пшеницы открывает новые возможности в использовании ЭВМ в качестве инструмента внедрения научных знаний в практику сельскохозяйственного производства. ЭС концентрирует фактические знания коллектива ведущих специалистов в области агролочвоведения и позволяет пользователю принимать конкретные решения, опираясь на эти знания.
Разработанные автором научные и методологические основы диагностики минерального питания зерновых культур использованы при составлении программ и методик совместных исследований ученых стран-членов СЭВ по теме:"Анализ растений как метод диагностики питания и эффек-
гивности макро- и микроудобрений" (1976). Для практических целей ре-5ультаты многолетних экспериментальных исследований реализованы в серии разработок и рекомендаций: "Методические указания по диагностике минерального питания полевых, овощных и кормовых культур" (1972); 'Методические указания по растительной диагностике зерновых культур |1980); "Инструкция по диагностике азотного питания .озимых зерновых культур для установления доз азотных удобрений при подкормках в хозяй-ггвах Нечерноземной зоны" (1982); "Основы и применение растительного анализа сельскохозяйственных культур" (1982); "Методические указания по оптимизации минерального питания зерновых культур с помощью методов растительной диагностики" (1983); "Рекомендации по оптимизации системы удобрений хлебных злаков и кукурузы в условиях совхоза "Истринский" Истринского района Московской области (1988, рекомендации утверждены Программно-методической комиссией МСХ СССР по почвенной и растительной диагностике в качестве эталона для агрохимслужбы); "Методические рекомендации по определению нормативов соотношений макро- и микроэлементов в растениях по системе ИСОД" (1989); "Оптимизация минерального питания озимой пшеницы макро- и микроэлементами на дерново-подзолистых почвах(в зависимости от сорта)" (1993); "Экспертная система для управления плодородием дерново-подзолистых почв при возделывании озимой пшеницы" (1994); "Рекомендации по созданию и планированию фермерских агроэкосистем"(1995).
Разработки автора, изложенные в "Методических указаниях по оптимизации минерального питания зерновых культур с помощью методов растительной диагностики * использованы при широком производственном внедрении метода диагностики минерального питания на посевах озимых зерновых культур. Внедрение осуществляется с 1983 года станциями химизации сельского хозяйства при методическом и консультативном участии автора. Получены акты о внедрении.
Основные результаты, выносимые на зашиту:
методология комплексной диагностики минерального питания зерновых культур на генетически разнородных почвах;
методика и нормативная база для составления агрохимических картограмм содержания макро- и микроэлементов в растениях (на примере зерновых культур) на основе почвенных карт с показом СПП;
компьютерная система, обработки результатов почвенной и растительной диагностики, выработки конкретных решений с учетом опыта и знаний ведущих специалистов по оптимизации свойств почв и условий минерального питания растений.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на Международных коллоквиумах по контролю питания растений (Абердин. 1966; Будапешт, 1975; Гент, 1976; Варвик, 1982; Монпелье, 1984; Ваге-нинген, 1989), на Международном симпозиуме "Моделирование продуктивного потенциала почв в агроэкосистемах" (София, 1989),.на научно-
методических совещаниях специалистов стран-членов СЭВ по проблема плодородия почв и анализа растений (Тбилиси, 1971; Бухарест, 197t Пловдив, 1977; Грааеи Кралове, 1979; Познань, 1980; Бухарест, 1991 На Всесозных делегатских съездах общества почвоведов (Алма-Ата, 197С Минск, 1977; Тбилиси, 1981; Ташкент, 1985; Новосибирск, 1989; Саню Петербург, 1996), на Всесоюзных координационных совещаниях по лиш ностике минерального питания растений (Москва, 1967, 1971, 1979,1983 Умань, 1977; Кишинев, 1981; Ташкент, 1982; Ровно, 1985; Мелитополі 1988; Омск, 1989; Ялта, 1991), на Всесоюзных совещаниях участиш Географической сети опытов с удобрениями (Москва, 1976, 1996), на Все союзных, республиканских и региональных совещаниях, конференциях і семинарах (Москва, 1967, 1973, 1979, 1983, 1984; Фрунзе,1977; Горь кий. 1977; Таллин,1980; Пушино, 1988; Новосибирск, 1990; Юрьес Польский, 1994). Материалы исследований экспонировались на ВДН) СССР в 1980 и 1983 г.г. и отмечены серебряной и золотой медалями.
Публикации. По данной теме опубликовано 88 работ.
Автор выражает глубокую признательность научному консультант доктору сельскохозяйственных наук, профессору Д.Н.Лурманову, коллегаь из Почвенного института им.В.В.Докучаева, а также специалистам хозяйсті и опытных учреждений, в которых выполнены экспериментальные исследо вания.
Дань особой благодарности автор приносит своим учителям: профес сору МГУ, доктору географических наук, заслуженному деятелю науга Российской Федерации М.А.Глазовской, под руководством которой прове дены первые исследования по изучению генезиса и плодородия почв, і доктору биологических наук, заслуженному деятелю науки Российской Фе дераиии В.В.Церлннг, под руководством которой выполнены многие со вместные работы по диагностике минерального питания различных сель скохозяйственных культур.
