Содержание к диссертации
Введение
1 Методы мелиорации темно-каштановых почв, их охрана и рациональное использование 11
1.1 Научные основы и практические методы мелиорации солонцеватых комплексных почв и охрана их плодородия 11
1.2 Влияние мелиорации на свойства солонцеватых почв и их плодородия 16
1.3 Продуктивность сельскохозяйственных культур в последействии мелиорации и обработок 21
1.4 Эколого-энергетические основы охраны и рационального использования солонцеватых комплексных почв 24
2 Почвенно-климатические ресурсы земледелия в зоне распространения темно-каштановых в комплексе с солонцами почв 28
2.1 Природные и энергетические ресурсы земледелия исследуемого региона и эколого-ландшафтные особенности 28
2.1.1 Климат 28
2.1.2 Почвы 35
2.1.3 Растительность 42
2.1.4 Эколого-ландшафтные особенности 45
2.2 Методика исследований 49
3 Энергетические основы мелиорации темно- каштановых в комплексе с солонцами почв, способов основной обработки почвы в зернопаропропашном севообороте и удобрений 55
3.1 Энергетическая оценка различных методов мелиорации солонцеватых почв, как основа их плодородия и рационального использования 55
3.2 Энергетическая оценка различных систем основной обработки почвы, внесения удобрений и возделывания культур в полевом севообороте на мелиорированных солонцеватых почвах 59
3.2.1 Направленность и величина энергетических потоков при возделывании сельскохозяйственных культур по различной обработке почв и предшественникам (фон «без навоза») 60
3.2.2 Направленность и величины энергетических потоков при внесении органических и минеральных удобрений по различным способам обработки почвы и предшественникам 72
3.2.2.1 Энергетическая оценка различных систем обработки почвы и возделывания культур в полевом севообороте на фоне органических и минеральных удобрений (фон «навоз 40 т/га + Р9о») 72
3.2.2.2 Энергетическая оценка различных систем обработки почвы и возделывания культур в полевом севообороте на фоне органических и минеральных удобрений (фон «навоз 60 т/га + Р^о») 83
Влияние способов основной обработки почвы и культур севооборота на баланс энергетических ресурсов земледелия 93
4.1 Баланс гумуса в севообороте 93
4.2 Баланс энергии в системе «почва - растение» Рациональное использование темно-каштановых в комплексе с солонцами почв и охрана их плодородия 110
5.1 Анализ энергетических потоков при возделывании озимой пшеницы 110
5.1.1 Озимая пшеница по пару 111
5.1.2 Озимая пшеница по озимой пшенице 115
5.1.3 Озимая пшеница по кукурузе на силос 118
5.2 Анализ энергетических потоков при возделывании
кукурузы на силос 120
5.3 Анализ энергетических потоков при возделывании ярового ячменя 123
5.4 Источники компенсации энергетических затрат агроландшафта при возделывании культур
зернопаропропашного севооборота 127
Выводы 136
Предложения производству 138
Литература
- Влияние мелиорации на свойства солонцеватых почв и их плодородия
- Эколого-ландшафтные особенности
- Направленность и величина энергетических потоков при возделывании сельскохозяйственных культур по различной обработке почв и предшественникам (фон «без навоза»)
- Баланс энергии в системе «почва - растение» Рациональное использование темно-каштановых в комплексе с солонцами почв и охрана их плодородия
Введение к работе
Актуальность темы. В процессе реализации программы повышения плодородия солонцов юго-восточной зоны Ростовской области с использованием различных методов мелиорации было улучшено более 700 тыс. га таких почв. В зависимости от типа засоления, морфологических особенностей почвы и режима влагообес-печенности преимущественное распространение получил агробиологический метод мелиорации, базирующийся на глубокой трехъярусной (а на корковых и мелких солонцах плантажной) вспашке, внесении высоких доз органических удобрений, паровании и посеве наиболее соле- и соло нцеу сто йчивых культур. На солонцеватых почвах лугового типа с лучшими условиями увлажнения, а также на солонцах с глубоким залеганием карбоната кальция и высоким содержанием обменно-погло-щенного натрия в почвенном поглощающем комплексе часто использовался метод химической мелиорации путем внесения в почву гипса или глиногипса местных рождений.
Полученные при этом положительные результаты, как в отношении динамики почвенных процессов, так и урожайности возделываемых здесь культур предполагали дальнейшее использование промелиорированных солонцов в рамках традиционных технологий. В результате оказалось, что при таком подходе мелиорируемые почвы столь же неустойчивы к неблагоприятным природным факторам, как и не подвергшиеся специальным обработкам. Здесь также интенсивно проявлялась эрозия и дефляция и неблагоприятные погодные условия. Поскольку в процессе мелиорации существенно улучшались физические и водно-физические свойства солонцов, урожайность сельскохозяйственных культур здесь была выше, и, следовательно, существенно большими темпами происходила дегумификация почвы.
В настоящее время отмечено снижение гумуса и содержания элементов минерального питания, снизилась устойчивость почвы к дефляции, существенно возросла колеблемость и устойчивость урожаев. То есть, четко проявились признаки деградации почвы.
Все это реально угрожает снижением эффективности земледелия исследуемого региона и ухудшением мелиоративного состояния почв, а также обострением экологической ситуации, что в условиях практически полного отсутствия органических и минеральных удобрений не исключает проявления опустынивания агроэко-системы. В сложившейся ситуации возникла острая необходимость в разработке эффективных методов предотвращения утраты почвой плодородия и, прежде всего путем оптимизации видового состава возделываемых культур и способов основной обработки, а также оптимизации баланса гумуса в зернопаропропашном севообороте. Решение этой проблемы является чрезвычайно актуальным, так как темпы деградации плодородия солонцовых почв каштанового типа прогрессивно нарастают.
Цели и задачи исследования. Цель работы: на основе энергетических балансов дать оценку различных методов мелиорации темно-каштановых в комплексе с солонцами почв, установить причины и динамику утраты ими плодородия и обосновать источники компенсации утраченной энергоемкости почвы в процессе использования различных систем основной обработки.
Поставленная цель определила необходимость решения следующих задач:
обосновать на принципах энергетического анализа целесообразность и эффективность различных методов мелиорации темно-каштановых в комплексе с солонцами почв;
на основании величины и направленности энергетических потоков в системе «почва - растение» установить основные причины снижения их плодородия при различных системах основной обработки и удобрений;
исследовать энергетический баланс гумуса и обосновать на его основе оптимальный уровень техногенной нагрузки на агроландшафт, исключающий ухудшение мелиоративного состояния земель.
— изыскать источники энергии, компенсирующие отрицательный баланс
энергии агроландшафта и обосновать целесообразность их применения.
Изученность вопроса. Широкомасштабные исследования по мелиорации солонцеватых почв каштановой зоны Ростовской области были начаты в начале 60-х
годов прошлого столетия. У истоков этой работы стояли сотрудники Донского зонального НИИСХ: Лученко НА., Парамонов Я.Т., Бабушкин В.М., Даниленко Е.А., Брик Л.Д. и др. Их усилиями на основе теоретических исследований академиков К.К. Гедройца, И.Н. Антинова-Каратаева применительно к ландшафтным особенностям юго-восточной зоны были разработаны химический и агробиологический методы мелиорации этих почв, внедренные в хозяйствах зоны на площади, превышающей 700 тыс. га целинных и ранее вовлеченных в пашню земель.
Обеспечивая достаточно высокие прибавки урожайности возделываемых культур на мелиорированных землях, разработчики не ответили на ряд очень важных вопросов практического земледелия. В частности, из поля зрения ученых выпала проблема особенностей использования солонцеватых почв в после мелиоративный период. Априори считалось, что эти земли не нуждаются в таких исследованиях, и, скорее всего, должны использоваться по традиционной технологии. Однако уже в начале 80-х годов оказалось, что на мелиорированных солонцах столь же интенсивно проявляются процессы дефляции, снижается содержание гумуса, ухудшаются показатели физических и водно-физических свойств мелиорированной почвы.
Для выяснения причин, обусловливающих эти процессы в 1980 году в ОПХ «Красноармейское» ДЗНИРІСХ был заложен многофакторный стационарный опыт по изучению динамики почвенных процессов при различных системах основной обработки почвы под культуры зернопаропропашного севооборота, виды и нормы внесения органических и минеральных удобрений на фоне трехъярусной вспашки. При этом были рекомендованы результаты, обеспечивающие наибольшие прибавки урожайности, традиционно возделываемых в зоне культур без учета их адаптивности к природным условиям. И только с середины 90-х годов прошлого века появились работы, оценивающие технологии возделывания культур на солонцах с позиций баланса энергетических ресурсов. Это были исследования по выявлению причин высокой неустойчивости и колеблемости урожаев (Сухомлинова Н.Б., 1995), по разработке способов рационального использования ранее мелиорированных сено-
косов и пастбищ (Кисиль Е.И., 2001), а также э коло го-мелиоративные основы охраны и рационального использования пахотных земель Ростовской области (Соколова Е.В., 2002) и Республики Калмыкия (Зеленская Е.А., 2002).
Но эти работы, решая чрезвычайно важные проблемы рационального использования каштановых почв на биоэнергетической основе, не отвечали на вопрос о способах обработки и эффективности удобрений на мелиорированных солонцах, которые в результате агробиологической мелиорации приобретали совершенно новые свойства и особенности. До сих пор оставались неизвестными динамика энергетических потоков и эффективные способы управления ими, энергетические балансы агрофитоценоза при различных системах и способах обработки почвы в севообороте и др.
Все это послужило основанием для проведения настоящих исследований, на основе которых предложены энергосберегающие способы обработки, научно-обоснованный на эколого-энергетической основе видовой состав возделываемых культур, пути оптимизации содержания гумуса и энергоемкости почв зоны, обеспечивающие надежную их охрану от деградации.
Научная новизна. Научная новизна проведенных исследований заключается в том, что для темно-каштановых в комплексе с солонцами почв юго-восточной зоны Ростовской области с помощью энергетических эквивалентов дана сравнительная оценка основных методов мелиорации почв и доказана наибольшая целесообразность агробиологического метода в неорошаемых условиях. На основании энергетической оценки динамики почвенных процессов выявлены основные причины и масштабы снижения плодородия исследуемых почв при различных системах основной обработки, видах и дозах удобрений. Обоснованы и предложены видовой и количественный состав источников энергии, компенсирующих отрицательный баланс энергии агроландшафта, израсходованной на получение урожая возделываемых культур, что в совокупности обеспечивает охрану земель от деградации.
Предметом защиты являются результаты энергетической оценки технологических операций и основных методов мелиорации почв с участием солонцов, при-
чины и масштабы снижения плодородия исследуемой почвы, обусловленные утратой ею энергоемкости в процессе использования, обоснования необходимости компенсационных мероприятий по восстановлению энергетического баланса агро-ландшафта, энергетические источники компенсации и их количественные показатели.
Практическая ценность настоящей работы заключается в обосновании методов мелиорации солонцов, способов основной обработки под культуры зернопа-ропропашного севооборота на мелиорированных землях, видов и доз удобрений, исключающих снижение энергоемкости почвы. Оптимизация видового состава возделываемых культур на основе рационального, энергосберегающего использования природных ресурсов земледелия в аридных условиях и положительного баланса гумуса позволит предотвратить деградацию ранее мелиорируемых агробиологическим методом солонцов, обеспечит устойчивое производство продуктов земледелия. Предлагаемые нами решения будут способствовать дальнейшему совершенствованию агротехнических и мелиоративных основ земледелия, обеспечивающих надежную охрану пахотных земель.
Основные результаты исследований прошли производственную проверку в Дубовском районе Ростовской области и Целинном районе Республики Калмыкия, в аналогичных с Ростовской областью почвенно-климатических условиях, где показали достаточную устойчивость и высокую результативность.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Международных научно-практических конференциях в г. Воронеже и г. Ставрополе.
Промежуточные этапы работы обсуждались на научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов ФГОУ ВПО «Новочеркасская государственная мелиоративная академия» в 2001 - 2004 гг.
По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ с общим объемом 0,8 печатных листа.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав,
выводов и предложений производству. Изложена на 220 страницах машинописного текста, в том числе основного 138 страниц. Включает 3 рисунка, 49 таблиц и 7 приложений.
Библиографический список содержит 168 наименований, в том числе 10 иностранных источников.
Личный вклад автора заключается в выборе направления научно-исследовательской работы, постановке целей, задач исследований и методического их обеспечения. Автору принадлежит энергетическое обоснование методов мелиорации темно-каштановых почв, энергетическое обоснование динамики гумуса и ранее изучавшихся способов основной обработки почвы под культуры зернопарового севооборота, а также энергетическая эффективность и хозяйственная целесообразность органических и минеральных удобрений. Обоснование на этой основе наиболее эффективных, с точки зрения оптимизации энергетических потоков, методов мелиорации, способов основной обработки и удобрений, что опосредованно решает проблемы сохранения плодородия почвы, рационального ее использования и охраны.
Влияние мелиорации на свойства солонцеватых почв и их плодородия
Солонцы в их естественном состоянии обладают невысоким потенциальным плодородием. Поэтому для его повышения необходимо активно воздействовать на изменение почвенной среды (Пак, 1975).
В связи с этим проблема мелиорации солонцеватых комплексных почв сводится к созданию культурной высокопроизводительной почвы, обладающей такими показателями состава и свойств, которые являются оптимальными для большинства возделываемых на солонцеватых территориях сельскохозяйственных культур.
Высокое плодородие солонцов ограничивают неудовлетворительные физические, водно-физические и химические свойства, а также неблагоприятный водный режим. Среди них особого внимания заслуживают высокая плотность, низкая водопроницаемость и неблагоприятные свойства, обусловленные высоким содержанием в ППК обменно-поглащенного натрия, к которым, прежде всего, следует отнести такие, как высокая набухаемость, липкость и вязкость во влажном состоянии.
Так, плотность почвы оказывает неблагоприятное влияние на такие факторы плодородия, как водный, воздушный и тепловой режимы, на интенсивность микробиологических процессов, а, следовательно, на обеспечение растений элементами минерального питания (Васильев, 1969 и др.).
Изучение физических и водно-физических свойств солонцеватых почв в Ростовской области выявило некоторое их улучшение при гипсовании.
При гипсовании солонцов различными дозами глиногипса происходит снижение объемной массы. Так, по данным М.Б. Минкина, В.М. Бабушкина, П.А. Са-дименко (1980 г.), в собственно солонцовом горизонте (20 - 30 см) плотность почвы снизилась с 1,38 (контроль) до 1,21 г/см при гипсовании дозой 24 т/га.
Исследованиями НА. Качинского (1965 г.), И.Б. Ревута (1968 г.) установлено, что большинство сельскохозяйственных культур снижает продуктивность, если плотность почв превышает 1,25 г/см . Аналогично плотности изменилась и общая порозность солонца, т.е. с увеличением дозы гипса улучшалась аэрация.
Исследованиями А.В. Новиковой (1958 г.), А.И. Оборина (1958 г.) установлено, что гипсование солонцов в черноземной и каштановой зонах увеличивает количество водопрочных агрегатов, улучшает структуру почвы.
Улучшение структуры под влиянием гипсования четко проявилось в увеличении коэффициента фильтрации (Вадюнина, 1970 г.; Окороков, 1991 г.).
Гипсование обеспечивает некоторое снижение набухания солонца в иллювиальном горизонте (Минкин, Бабушкин, Садименко, 1980 г.).
A.M. Можейко (1967 г.) считает, что гипс, внесенный в солонцеватую почву, изменяет ее физические свойства, и тем самым улучшает водно-воздушный и пищевой режимы. В результате этого в почве более интенсивно начинают проходить микробиологические процессы, сопровождающиеся активным выделением углекислоты в почвенный раствор.
О воздействии мелиорантов на интенсивность и направленность микробиологических процессов в почве указывает Т.М. Баренцева, Н.П. Панов, Н.А. Гончарова (1986 г.). Они отмечают, что окультуривание солонцов и улучшение их свойств происходит из-за перегруппировки ценозов и появления в них таких активных форм, как спорообразующие бактерии и антиномицеты, которые обладают мощным ферментальным аппаратом.
Улучшение физических свойств гипсованных солонцов также обеспечивает лучшее накопление влаги и более глубокое промачивание их (Вадюнина, 1970 г.). Подобные результаты при гипсовании солонцов в Северном Казахстане получены Л.Ф. Кисляковым, В.Н. Михайличенко (1972 г.), степных солонцов Молдавии — И.Л. Шестаковым, П.А. Сувак (1968 г.).
Как показали исследования Г.Н. Самбура (1965г.), А.А. Можейко (1967г.) и др. положительное действие собственно гипсования всегда ограничивается преде лами глубины вспашки. Поэтому успехи в повышении плодородия солонцов путем глубокой мелиоративной вспашки позволяет более эффективно сочетать ее с гипсованием.
Глубокие мелиоративные обработки способствуют агрегации по всей глубине пахотного слоя, равномерному распределению фракций по горизонтам.
При запашке глиногипса трехъярусными и плантажными плугами происходит снижение плотности 0 - 50 см слое солонца с 1,40 до 1,23- 1,29 г/см3, увеличение общей порозности до 54 - 56%, снижение твердости с 46,1 до 9,8 кг/см2 (Бабушкин, Лысенко и др. 1990).
Однако мелиорация солонцов с применением химического способа способствует некоторому улучшению водно-физических свойств солонцов в годы с оптимальным увлажнением или при орошении. В условиях засушливого климата гипсование не вызывает такого резкого улучшения водно-физических свойств солонцов, как это происходит при глубокой мелиоративной обработке.
Роль мелиоративной обработки раскрыта в работах И.Н. Антипова-Каратаева, К.П. Пака (1959), Г.Н. Самбура (1953, 1954, 1966), A.M. Можейко (1954), В.М. Бабушкина и др. (1976), которые пришли к выводу, что мелиоративное влияние глубокой обработки солонцеватых почв заключается не только в вовлечении и распределении кальциевых солей самой почвы в пахотном слое, но и в ее комплексном воздействии на почвенный процесс.
Н.М. Дядик и Г.М. Кудашев (1973 г.) отмечают, что только при мелиоративных обработках целинных черноземных степных солонцов существенно уменьшилась плотность и увеличилась порозность аэрации.
Снижение плотности почвы под воздействием глубоких обработок отмечали Н.А. Качинский (1925), Н.А. Соколовская (1967), И.Б. Ревут (1968) и др.
Эколого-ландшафтные особенности
В исследуемом регионе, расположенном в пределах сухостепной, частично степной и полупустынной зон и в геоморфологическом отношении приуроченном к Ергенинскои возвышенности экосистема подвержена деформации.
И.С. Зонн, Г.С. Куст (1999) к числу главных причин, ведущих к неблагоприятным экологическим изменениям, с учетом российской специфики относят следующее: — неоправданная распашка легких почв и их последующая ветровая эрозия, развитие пыльных бурь, снижение плодородия почв, в том числе уменьшение содержания гумуса, увеличение площади подвижных песков; — пастбищная дигрессия, перевыпас и сбой пастбищ, ухудшение состава пастбищной растительности, замена злаков мало и несъедобными растениями, снижение продуктивности пастбищ и сенокосов; — вторичное засоление и осолонцевание, затопление и подтопление почв в результате неоправданного и неправильного орошения, в особенности без дренажа, а в последнее время нарушение эксплуатации гидромелиоративных систем и другое.
Специфические особенности климата юго-восточной зоны: недостаточная увлажненность, засухи, суховеи, высокие температуры летом, холодные бесснежные периоды зимой, изреженность овражно-балочной сетью способствуют активному выражению опасных явлений почвенно-геоморфологического характера. Интенсивное использование земель без тщательного учета агроклиматических ресурсов, отсутствие их комплексной оценки, преобладание экономических целей над экологическими последствиями способствовало развитию деструктивных процессов: эрозии почв, дегумификации, развитию процессов засоления, увеличению площади загрязнения, деградации природных и кормовых угодий и других негативных явлений.
В соответствии с почвенно-эрозионным районированием Ростовской области исследуемая территория относится к зоне очень сильной ветровой и слабой водной эрозии. Дефляционно-опасные земли составляют большую ее часть — 71,7%. Площадь угодий, подверженных ветровой эрозии в три раза превышает среднеобластной показатель (Закруткин, Рышков, Цвылев, Шишкина, 2002).
Высокая для каштановых почв степень распаханности — 40 - 60 % (Лобанов и др., 1997), приводящая к ухудшению структуры почв, снижению содержания наиболее ценных структурных агрегатов (1-3 мм), чрезмерный выпас скота на естественных пастбищах способствуют развитию дефляционных процессов.
В процессе дефляции экосистема региона, прежде всего, утрачивает запасы органического вещества, сосредоточенного в верхнем слое почвы, что существенно снижает запасы минеральных веществ, ухудшает водно-физические свойства почвы и водный режим. В Ростовской области во время пыльных бурь с каждым сантиметром почвы на 6 млн. га площади пашни выносится более 3 млн. тонн минеральных питательных веществ в переводе на туки (Минкин, Бабушкин Садименко, 1980). По данным А.Т. Аниканова (1983) в восточных районах Ростовской области итогом пыльной бури 1969 г. стала утрата с каждого гектара на фоне отвальной вспашки до 80 тонн почвы
Проявление водной эрозии значительно слабее и, как правило, носит эпизодический характер, в геоморфологическом плане наиболее интенсивное развитие процесса приурочено к Сало-Манычской гряде (Закруткин, Рышков, Цвылев, Шишкина, 2002). Тем не менее, не смотря, на небольшие площади развития — 26 % территории — водная эрозия в местах проявления представляет большую угрозу для почвенного покрова. В результате смыва почв происходят потери не только гумуса, но и ухудшение структуры и в одно-воздушного режима, подавляются микробиологические и физико-химические процессы. Вследствие этого ухудшаются условия для развития растений (Вальков, 1994).
Другим дестабилизирующим фактором является засоление почв, степень засоления значительно влияет на продуктивность агросистем. На этих почвах наблюдается угнетение растений и возможна 100 % их гибель (Агеев и др., 1996). По существующей классификации почвы считаются среднезасоленными, так как засоленные угодья составляют 5 - 10 % общей площади, при этом максимальным показателем (7,8 %) характеризуется Зимовниковский район (Закруткин, Рышков, Цвылев, Шишкина, 2002).
Направленность и величина энергетических потоков при возделывании сельскохозяйственных культур по различной обработке почв и предшественникам (фон «без навоза»)
При возделывании озимой пшеницы по пару на ранее мелиорированных агробиологическим методом темно-каштановых в комплексе с солонцами почвах с использованием конструктивно и технологически различных орудий были выявлены различные энергетические затраты на технологию. Так, например, энергозатраты на уходные работы (основная обработка одинакова для всех вариантов) за паром и вегетирующими растениями по традиционной технологии, т.е. культивация пара КПС-4 на уменьшающую глубину, оказываются наименьшими по сравнению с другими вариантами обработок (таблица 11).
Как видно из приведенных данных, максимальный расход антропогенной энергии на обработку почвы под озимую пшеницу по пару имеет место на варианте, когда обработка культиватором КПС-4 (с целью уничтожения сорной растительности и снижения потерь влаги) чередуется со штанговым культиватором КШ-3,6. Ва 61 рианты с обработкой парового поля КПЭ-3,8 + КПС-4 на уменьшающую глубину и КШ-3,6 + КПС-4 перед посевом по энергетическим затратам различий не имеют. В этом случае расход антропогенной энергии по сравнению с контролем в зависимости от способа уборки увеличивается на 6,8% - 9,1%. Следует подчеркнуть лишь следующее. В данном случае увеличение антропогенной нагрузки на агроландшафт обусловлено не почвозащитной системой как таковой, а конструктивными особенностями орудия, которым она осуществлялась. Имея небольшой захват — 3,6 м, этот культиватор уступает более производительным КПС-4 и КПЭ-3,8, чем обусловлен более высокий расход горючего и рабочего времени на единицу площади.
Таким образом, в итоге оказывается, что совокупные затраты энергии на обработку почвы, уход за растениями, уборку и первичную обработку зерна наименьшие при использовании традиционных орудий и технологий возделывания озимой пшеницы по пару и составляют 12,6 ГДж/га при уборке раздельным способом и 12,1 ГДж/га при прямом комбайнировании.
Практически одинаковые затраты энергии на вариантах 2, 3 и 4 дают широкий выбор почвообрабатывающих орудий при уходе за паровым полем в различных условиях и энерговооруженности хозяйства.
Такой подход вполне оправдан в том случае, когда оценка технологии осуществляется с позиций энергетических затрат. При этом полностью утрачиваются требования жизнеобеспеченности растений, и, прежде всего влагообеспеченность. Общеизвестно, в частности, что разные орудия, применяемые для уходных работ на паровом поле, создают различную по гребнистости поверхность а, следовательно, и различную испаряющую поверхность. Наибольшей она оказывается при работе культиватора со стрельчатыми лапами (КПЭ-3,8), наименьшей при работе штангового культиватора КШ-3,6. Поэтому при формировании комплекса почвообрабатывающих орудий по уходу за паровым полем в весенне-летний период необходимо принимать во внимание не только энергетические затраты, а при их близкой значимости отдавать предпочтение орудиям, оказывающим меньшее давление на агроландшафт, что является одним из элементов его охраны.
При возделывании озимой пшеницы по озимой пшенице разница между контролем и другими вариантами по энергозатратам оказалась существенно различной. Так при прямом комбайнировании затраты на контроле были на 7,4 % меньше, чем по плоскорезной обработке и безотвальной вспашке. Основная обработка почвы АКП-2,5 на глубину 10 - 12 см весьма незначительно отличается от контрольного варианта с традиционной технологией, что обусловлено высокой по сравнению с АКП-2,5 производительностью ЛДГ-10 при относительно низких энергетических затратах (таблица 12).
Энергетический анализ различных способов обработки почвы и уходных работ также показал, что при возделывании озимой пшеницы по стерневым предшественникам соотношение энергетических затрат на почвозащитную обработку по сравнению с другими вариантами опыта уменьшается.
Как и в случае с возделыванием озимой пшеницы по пару, по колосовым предшественникам должна учитываться почвозащитная функция основных и предпосевных обработок. Поэтому, существенно меньшие энергетические затраты на обработку почвы ЛДГ-10 (0,8 ГДж/га) по сравнению с почвозащитной обработкой должны оцениваться с учетом экологической ситуации, возможной утраты почвы в случае пыльных бурь и водной эрозии
Баланс энергии в системе «почва - растение» Рациональное использование темно-каштановых в комплексе с солонцами почв и охрана их плодородия
При возделывании озимой пшеницы по пару, в качестве основной обработки под которой была трехъярусная вспашка на глубину 40 - 45 см, большое значение имеет система предпосевной обработки, то есть система весенне-летних уходных работ, которыми определяется динамика влажности почвы, засоренность поля и механические показатели посевного слоя. Предшествующими исследователями было установлено, что в наибольшей мере перечисленным требованиям отвечал вариант с чередованием культивации пара орудиями КПС-4 и КШ-3,6, где в среднем за годы исследований урожайность озимой пшеницы составила 3,72 т/га. Близкие показатели (3,70 т/га) были на вариантах с обработкой КПС-4 на убывающую глубину (Приложение Ж, таблица 1).
Внесение под основную обработку Р90 повышало урожайность при обработке почвы КПС-4 на уменьшающую глубину до 3,99 т/га, а внесение N4o в подкормку — до 3,89 т/га. При этом оказалось, что чем выше урожайность озимой пшеницы, тем больше энергии расходуется агроландшафтом на ее получение. Было также установлено, что основной поток энергетических затрат в этом случае формируется в результате дегумификации, то есть утраты гумуса, который является интегральным показателем плодородия почвы. В том случае, если ничего кроме корневых и пожнивных остатков за полученную продукцию почве не возвращается, то ежегодно посевом озимой пшеницы по пару отчуждается безвозвратно 15 ГДж на 1 т основной продукции.
При внесении в почву минеральных удобрений имеет место более интенсивный рост и развитие возделываемых в севообороте культур, а также повышение их урожайности. Последнее, как отмечалось выше, возможно только при условии отчуждения из почвы все большего количества энергии, заключенной в NPK и гумусе, при его минерализации.
Так, например, обнаруживается прямая связь между величинами урожайности, энергией минерализованного гумуса и балансом энергетических затрат, из которой следует увеличение отрицательных значений баланса энергетических затрат с увеличением урожайности озимой пшеницы при внесении минеральных удобрений (Приложение Ж, таблица 2).
Поскольку возделывание озимой пшеницы по пару и непаровым предшественникам с заведомо низкой урожайностью экономически нецелесообразно, а высокие урожаи, в том числе с помощью минеральных удобрений, энергорасточительны, то следует признать, что такая технология возделывания этой культуры не отвечает требованиям охраны земельных ресурсов исследуемого региона. Поэтому становится совершенно очевидной необходимостью существенного увеличения энергии по статье «возврат энергии за полученную продукцию».
Таким источником энергии, способным оказать реальное влияние на баланс энергетических затрат, является навоз, внесение которого не только обогащает почву элементами минерального питания, но и способствует улучшению физических и водно-физических свойств почвы, а на солонцеватых территориях является и весьма эффективным биологическим мелиорантом.
Наши исследования по влиянию навоза на динамику энергетических потоков показали, что собственно навоз в дозе 40 т/га урожайность озимой пшеницы по пару не повышает. Это обусловлено ограничивающим влиянием фактора, который находится в минимуме, а именно запасами продуктивной влаги. Но при этом формируется совершенно иной баланс энергетических затрат (Приложение Ж, таблица 3).
В частности, в этом случае существенно снижаются отрицательные значения баланса энергетических затрат. Если на фоне «без навоза» каждый центнер основной продукции снижал энергоемкость почвы на 1,5 ГДж, то при внесении 40 т/га навоза этот показатель снизился до 0,8 ГДж.
Внесение азотных удобрений в дозе N4o на фоне «навоз 40 т/га + Р9о» способствовало некоторому увеличению урожайности на вариантах «контроль» и «КГТС-4 + КШ-3,6 чередуя», что привело к увеличению отрицательных значений баланса. Увеличение дозы азота до N6o не внесло новых закономерностей. Здесь, как при дозе N40 отрицательные значения баланса увеличивались.
Таким образом, полученные результаты позволяют утверждать, что внесение под трехъярусную вспашку 40 т/га навоза снижает энергетическое давление на аг-роландшафт, но не предотвращает снижения плодородия почвы при возделывании озимой пшеницы в звене «пар - озимая пшеница». При этом внесение минеральных удобрений не способствовало сохранению плодородия.
Положение существенно изменялось при внесении под пар 60 т/га навоза. Вложение в статью «возврат энергии...» энергоемкости 60 т навоза (22,7 ГДж/га) снижает отрицательный баланс энергии в зависимости от способа весенне-летней обработки пара от 16,6 до 23,0 ГДж/га (Приложение Ж, таблица 3), а снижение энергоемкости почвы на тонну основной продукции составляет при этом 5,0 -6,0 ГДж/га.
Внесение на фоне «навоз 60 т/га + Р9о» азотных удобрений при норме N40 практически не оказывало влияния на динамику энергетических потоков, в то время как увеличение дозы азота до 60 кг/га д. в. отрицательный баланс энергии снижался.
Анализ динамики энергетических потоков на вариантах с наивысшей урожайностью озимой пшеницы по пару (низкую урожайность с энгергетической точки зрения получать нецелесообразно) показал, что наименьшее снижение плодородия почвы, определяемое количеством отчужденного гумуса, имеет место при внесении под пар 60 т/га навоза + Р9о с подкормкой озимой пшеницы аммиачной селитрой в количестве N« (таблица 42). Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что возделывание озимой пшеницы по пару вызывает значительную утрату энергоемкости почвы, особенно если под пар не вносятся или вносятся в небольших дозах органические и минеральные удобрения.
