Содержание к диссертации
Введение
2. Агроэкологическая оценка почв Костанайской области
1. Специфика проявления факторов почвообразования на территории Костанайской области
2. Почвенный покров Костанайской области
3. Параметры плодородия почв Костанайской области
4. Изменение почв Костанайской области при сельскохозяйственном использовании
5. Энергетическая оценка плодородия и систем земледелия
6. Оптимизация природопользования Костанайской области
7. Севообороты, как фактор оптимизации природопользования на пахотных почвах Костанайской области
8. Агроэкологическая оценка почв
3. Объекты исследования
4. Методика исследования
5. Экспериментальная часть
1.1. Вещественный состав и свойства исследуемых почв (гранулометрический, химический и минералогический состав исследуемых почв
1.2. Особенности фосфатного состояния исследуемых почв
1.3. Особенности состояния Са, Mg, Fe, Мп, Си в исследуемых почвах
1.4. Особенности некоторых параметров гумусового состояния исследуемых почв
1.5. Na-Ca равновесие и теоретические аспекты гипсования исследуемых почв
1.6. Возобновляющая способность почв
2. Особенности процессов деградации в исследуемых почвах
2.1. Развитие эрозии на территории области, как фактор деградации почв; опустынивание, как фактор деградации почв
2.2. Засоление и осолонцевание почв, как фактор их деградации
2.3. Обеднение почв элементами питания и несбалансированное применение минеральных удобрений и мелиорантов, как факторы деградации почв
2.4. Почвоутомление, как фактор деградации почв
2.5. Устойчивость почв к деградации
3. Взаимосвязи в системе почва-растение, как фактор оценки их био продуктивности и ценности
3.1. Биологические тесты на уровень плодородия и деградации почв
3.2. Потенциально возможный урожай по ФАР и количеству доступной влаги, как критерий оценки качества почв и земель
4. Агроэкологическая оценка почв Костанайской области
4.1. Факторы почвообразования, как критерий агроэкологической оценки почв
4.2. Почвообразовательные процессы, как фактор, определяющий агро-экологическую оценку почв
4.3. Изменение почв в процессе с/х использования
4.4. Сводные показатели плодородия почв
6. Заключение. Картосхемы агроэкологической оценки почв Костанайской области, экологической напряженности, потенциально возможного урожая
7. Выводы
8. Список использованной литературы
- Изменение почв Костанайской области при сельскохозяйственном использовании
- Севообороты, как фактор оптимизации природопользования на пахотных почвах Костанайской области
- Обеднение почв элементами питания и несбалансированное применение минеральных удобрений и мелиорантов, как факторы деградации почв
- Взаимосвязи в системе почва-растение, как фактор оценки их био продуктивности и ценности
Введение к работе
Правильная агроэкологическая характеристика и оценка почв и земель является не только важным фактором, определяющим эффективное налогообложение, но и экономическим рычагом оптимального природопользования, сохранения экологического равновесия, повышения плодородия почв и урожая сельскохозяйственных культур.
Для оценки плодородия важны не только свойства, процессы и режимы почв, но также факторы, определяющие их развитие и функционирование. Это климатические условия, локальные геофизические поля Земли, литология, геоморфология и гидрология, растительность (вид выращи-ваемых культур), степень интенсификации сельскохозяйственного производства, степень благоприятного и негативного влияния на почву антропогенных факторов. Так как и почвы, используемые в сельскохозяйственном производстве, являются результатом развития естественных почвообразовательных процессов, то оценка этих явлений также важна для характеристики плодородия почв и его оценки, как с учетом процессов, протекающих в прошлом, так и с учетом эволюции почв в будущем.
Усиление антропогенного воздействия на почвы и экологическую систему, в целом, вызывает интенсивную деградацию отдельных компонентов биогеоценозов и агрофитоценозов. Все большее значение приобретает знание и оптимизация не только биопродуктивности почв, но и их экологических функций. Оценке почв Костанайской области Казахстана, с этой точки зрения, и посвящена данная работа.
Средний урожай зерновых культур за 1990-2002 годы колебался по области от 3,6 до 16,9 ц/га, составляя в среднем 10,8 ц/га, в том числе, на Кус-танайской опытной станции 23—9 ц/га; на Карабалыкской опытной станции - 18,6 ц/га, на Львовской опытной станции- 11,7 ц/га. В то же время, пра вильное использование почв с учетом экологических требований культур и использования элементов адаптивно-ландшафтных систем земледелия приводит к резкому повышению биопродуктивности пахотных и кормовых угодий.
В связи с изложенным, актуальной является разработка новых принципов агроэкологической характеристики почв. В работе сделана попытка оценки качество почв Костанайской области с учетом сложных взаимосвязей внешних факторов, свойств, процессов и режимов. Предложены новые теоретические основы агроэкологической характеристики почв Костанайской области Казахстана.
Цели и задачи исследования
Целью исследования является разработка новых принципов агроэкологической характеристики почв Костанайской области с учетом факторов почвообразования, свойств, процессов и режимов почв, степени окультуривания и деградации почв, их эволюции, риска сельскохозяйственного использования. Конечной целью исследования является использование разработанных принципов при составлении агроэкологической группировки почв Костанайской области.
Задачами исследования являются:
1. Разработка алгоритма качественной оценки почв с учетом факторов почвообразования, процессов, протекающих в почвах, их эволюции, риска с/х использования.
2. Разработка принципов оценки деградации почв при несбалансированном применении минеральных удобрений и обеднении почв элементами питания.
3. Оценка для почв области деградации за счет почвоутомления под пшеницей, осолонцевания, загрязнения тяжелыми металлами.
4. Разработка методики оценки способности почв к восстановлению концентрации ионов в почвенном растворе при их отчуждении с урожаем. Оценка такой способности для почв области в отношении фосфатов.
5. Разработка методики комплексной оценки почвоутомления под пшеницей. Оценка устойчивости почв области к этому процессу.
6. Разработка методики расчета комплексного показателя плодородия почв.
7. Разработка методики расчета сводного показателя экологической напряженности территорий; составление карты-схемы экологической напряженности Костанайской области.
8. Разработка методики расчета потенциально возможного урожая пшеницы не только с учетом ФАР и влагообеспеченности, но также с учетом лимитирующих факторов плодородия (структуры почвенного покрова, почвоутомления, уровня оптимизации свойств почв).
9. Составление карт-схем потенциально возможного урожая пшеницы на территории области с учетом плодородия почв и факторов внешней среды.
Научная новизна проведенных исследований
Научная новизна работы определяется разработкой новых алгоритмов агроэкологической характеристики почв и их реализацией на почвах Костанайской области.
1. В работе доказывается, что наряду с функцией почв, как средства сельскохозяйственного производства, в 21 веке все большее значение приобретают их другие экологические функции. Это определяет предел распашки территории, разработку систем земледелия с целью предотвращения эрозии, засоления, опустынивания, допустимые, с экологической точки зрения, пределы урожайности. Предложены картосхемы альтернативного использования почв исследуемого региона.
2. Предлагается принцип агроэкологической оценки почв региона с использованием уравнений множественной регрессии зависимости агроэколо гических функций почв от факторов почвообразования. Учитывается вес влияния факторов на формирование функций почв, эффекты синергизма и антагонизма взаимодействия между факторами. Предложены сводные показатели факторов на разном уровне иерархической подчиненности.
3. Показано, что деградация почв, как одного из компонентов экосистемы зависит от уровня деградации других компонентов экосистемы. Устойчивость к деградации одних функций (и свойств) почв зависит от деградации других функций (и свойств). При составлении карт экологической напряженности региона предлагается учитывать экологические функции литосферы, в том числе, геодинамическую и геофизическую.
4. Доказана относительность оптимума свойств почв в зависимости от сочетания климатических условий, выращиваемой культуры, сочетания свойств почв, процессов и режимов, уровня интенсификации производства. Показано, например, что оптимальное содержание подвижных фосфатов в почве увеличивается с утяжелением гранулометрического состава, с увеличением емкости поглощения почв, с увеличением количества подвижных R2O3, Са, Mg; в разных интервалах неодинаково зависит от изменения рН, Eh, гумусированности, влажности почв, увеличивается с уменьшением температуры, с уменьшением селективности корневых систем растений К Н2РО4 , с увеличением потребности культур в фосфатах.
5. При оценке плодородия почв предлагается дополнительно учитывать следующие параметры: почвоутомление под пшеницей, негативное изменение свойств почв при несбалансированном применении удобрений, способность почв к поддержанию концентрации ионов в почвенном растворе при их отчуждении с урожаем. Показано, что почвоутомление в различной степени развивается под разными сортами пшеницы и на отдельных почвах; определенные сорта и почвы в неодинаковой степени устойчивы к почвоутомлению. Предложено оценивать почвоутомление почв по способности противо стоять этому явлению, по количеству накопившихся токсичных продуктов, по затратам на восстановление утраченных функций почв. Показано, что черноземы легкосуглинистого гранулометрического состава, по сравнению с тяжелосуглинистым, более податливы развитию почвоутомления, но в них меньше накапливается токсичных веществ и легче восстановление утраченных функций почв. Негативное действие несбалансированного применения удобрений предлагается оценивать по устойчивости почв к проявлению этого явления, по количеству накопившихся токсичных продуктов, по затратам, необходимым для восстановления утраченных функций почв. Показано, что способность почв к поддержанию концентрации ионов в почвенном растворе при их отчуждении с урожаем позволяет оценить продолжительность периода, когда содержание подвижных форм элементов питания в почвах без применения удобрений держится примерно на одном уровне. Показано, что величина рассматриваемого показателя больше у почв более тяжелого гранулометрического состава, более окультуренных и удобренных.
6. Предложен модифицированный вариант оценки сводного показателя плодородия почв. Для обобщенной оценки плодородия почв предлагается использовать систему уравнений множественной регрессии с учетом эффектов синергизма и антагонизма взаимодействия между независимыми переменными. При этом независимые переменные X более высокого иерархического уровня являются сводными показателями Xi-X„ более низкого иерархического уровня (под X понимается степень оптимизации фактора от 0 до О 7. При расчете потенциально возможного урожая предложено учитывать не только ограничения по сумме ФАР и влагообеспеченности за вегетационный период, но и эти показатели в критические фазы развития растений, а также коэффициент, учитывающий степень оптимизации свойств почв, коэффициенты, характеризующие смену внешних факторов во времени.
Практическая значимость
Практическая значимость полученных результатов определяется разработкой новой методологии и новых алгоритмов и методик агроэкологической характеристики и оценки почв Костанайской области Казахстана, рекомендованных к апробации в Северо-Западном научно-производственном центре сельского хозяйства Министерства сельского хозяйства республики Казахстан.
1. Получены новые оригинальные экспериментальные данные по почвам исследуемого региона, в том числе, по почвоутомлению под пшеницей, по способности почв к поддержанию концентрации ионов в почвенном растворе при их отчуждении с урожаем, по биологической активности воздушных экзаметаболитов почв, по содержанию положительно и отрицательно заряженных соединений в почве, в растениях, в прикорневой зоне растений, по тепловым эффектам взаимодействия сорбатов с почвами, по биологической активности гидрофобных продуктов из почв.
2. Показано, что оптимальное содержание подвижных фосфатов в исследуемых почвах при данном уровне интенсификации составляет 9-10 мг/100 г, показано отличие исследуемых почв по сорбции и десорбции фосфатов в зависимости от рН, ионной силы раствора, наличия в растворе ком-плексообразователей. Оценено влияние севооборотов на отдельные параметры фосфатного режима исследуемых почв.
3. Предложены поправки на почвоутомление при оценке возможного урожая.
4. Показано, что при гипсовании исследуемых солонцов с увеличением дозы CaSO.4, наряду с улучшением одних агрономически важных свойств почв, происходит ухудшение других свойств. Предлагается дополнительно рассчитывать необходимые дозы гипса с использованием биологических тестов.
5. По способности почв к поддержанию концентрации фосфатов в почвенном растворе при их отчуждении с урожаем рассчитана возможная продолжительность периодов применения стартовых доз фосфорных удобрений при их недостатке или низкой окупаемости.
6. Составлена картосхема экологической напряженности территории области.
7. Составлены картосхемы для территории Костанайской области потенциально возможного урожая по ФАР, влагообеспеченности, с учетом структуры почвенного покрова, с поправкой на почвоутомление под пшеницей.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Предлагается комплексная агроэкологическая характеристика почв Костанайской области с учетом многофункциональности их использования.
2. При проведении такой оценки предлагается использовать, в качестве дополнительных показателей: а) способность почв к поддержанию концентрации ионов в почвенном растворе при их отчуждении с урожаем; б) проявление почвоутомления; в) риск уменьшения урожайности при неблагоприятных климатических условиях. Разработана теория определения, расчета и интерпретации данных.
3. Предлагается новый алгоритм расчета сводного показателя плодородия почв.
4. Предлагается новый алгоритм расчета обобщенного показателя экологической напряженности территорий.
5. Доказывается относительность величин оптимальных показателей свойств почв в зависимости от климатических условий, рН, Eh, гранулометрического состава, емкости поглощения, сорбционных свойств корневых систем, гумусированности, места культуры в севообороте. Предложен алгоритм вычисления оптимума подвижных форм элементов питания от указан ных показателей.
6. Предлагается новый алгоритм оценки потенциально возможного урожая с/х культур не только по фотосинтетически активной радиации и вла-гообеспеченности за сезон, но с учетом этих показателей в отдельные фазы развития растений, явлений синергизма и антагонизма взаимодействия между факторами.
7. Предлагается новый алгоритм оценки потенциально возможного урожая с/х культур с учетом уровня плодородия почв.
Работа выполнялась с 1990 по 2003 год в НПО «Костанайское», ряд определений выполнен в МСХА и в Почвенном институте им. В.В. Докучаева.
Автор благодарит за помощь в работе и ценные замечания, за возможность совместной работы над монографиями академика РАСХН Шишова Л.Л., чл. корр. РАСХ Карманова И.И., чл. корр. РАСХН Сычева В.Г., проф. Кауричева И.С, проф. Савича В.И., доктора с/х наук Булгакова Д.С., доктора с/х наук Чижикову Н.П. Автор благодарит сотрудников Кустанайской и Львовской с/х опытных станций за предоставленную возможность отбора образцов и использование их многолетних опытов для проведения почвенно-экологических исследований.
Изменение почв Костанайской области при сельскохозяйственном использовании
Сельскохозяйственное использование почв Костанайской области привело к существенным изменениям направленности почвообразовательных процессов, свойств почв, степени развития деградации. При длительной распашке степные почвы теряют свою первоначальную оструктуренность, сильно распыляются, что особенно характерно для почв карбонатных. В условиях повышенной засушливости, частой повторяемости сильных, нередко суховейных ветров, это приводит к возникновению пыльных бурь, дефляции почв.
Как показано Русановым A.M. (1998), при распашке территории степных почв, увеличении температуры, уменьшении влажности, ухудшении физических свойств почв период биологической активности уменьшается. Так, на пастбищных участках средняя продолжительность ПБА в подзоне южных черноземов составила на целине 138 дней; на средне и сильно сбитых участках - 93 и 84 дня соответственно. По данным Наумова А.В. (1997), на черноземах Западной Сибири при их с/х использовании содержание углекислого газа в почвенном воздухе возрастает, по сравнению с целиной, в 2-2,5 раза. При этом, концентрация углекислого газа возрастает с глубиной и на глубине 3-5 метров даже выше, чем в почвенном профиле. Автор объясняет это выходом глубинных газов, которые затем накапливаются в атмосфере. В процессе сельскохозяйственного использования светло-каштановые солонцы характеризуются усилением щелочности и карбонатности.
Следует отметить, что неблагоприятное влияние с/х использования на плодородие почв обусловлено в значительной степени отсутствием комплексного подхода к данной проблеме. Лебедева Л.А. (1976), Гринченко Т.А. (1984) и другие авторы указывают, что многие, отдельно взятые агроприемы, способные обеспечить повышение урожайности, отрицательно влияют на направленность почвообразовательных процессов и плодородие почв.
Коренное изменение почвенных процессов вызывает орошение почв. Аханов Ж.У., Кобызева Ф.Е. (1997) указывают, что главным результатом антропогенного воздействия в аридных областях Казахстана является усиление аридизации территории, обсыхание, опустынивание и засоление почв. Вместе с тем, развитие орошения, связанное с ним перераспределение стока, приводит к активному увлажнению почв и их засолению в одних районах и к обсыханию, опустыниванию - в других. Как установлено Толпешта И.И. (1992) под руководством Соколовой Т.А., при орошении происходит псевдоморфоз кальцита по гипсу, за счет повышения рСОг, и усиление процесса растворения гипса. Орошение приводит к частичному замещению натрия в ППК солончаковых солонцов ионом Са2+, к снижению селективности солончаковых солонцов и темноцветных почв западин к натрию в реакциях ионного обмена Na-Ca, в связи с повышением устойчивости тактоидной структуры глинистых кристаллитов при увеличении доли Са в ППК. Резкое возрастание Кка-са при низкой доле натрия в ППК связано с увеличением доли внешней, селективной к натрию удельной поверхности почвы при снижении ионной силы раствора.
Панов Н.П. и Мамонтов В.Г. (1997) отмечают, что при орошении почв засушливых регионов (черноземов и каштановых почв) создается новый водный режим, что приводит к трансформации почвенных растворов в сторону увеличения в их составе натрия и магния, возникают временные анаэробные условия, гидролиз полевых шпатов влечет за собой образование бикарбонатов и карбонатов натрия, подщелачивающих среду и пептизи рующих почвенные коллоиды. Авторы отмечают, что в целом увеличение дисперсности орошаемых почв является довольно распространенным явлением, в результате него возрастает их липкость, связность, способность к коркообразованию. В работе Диалло Амаду (1986), выполненной под руководством Мамонтова В.Г. и Панова Н.П., показано, что при длительном орошении каштановых почв отмечается тенденция улучшения качественного состава гумуса, увеличения его алифатичности и подвижности. При этом на длительно орошаемых почвах изменение структурных параметров гуминовых кислот связано не только с естественным обновлением фрагментов, но и с глубокой трансформацией ядерной части их молекулы и изменением характера связи с минеральной частью.
По данным Бокарева В.Г. (2000) при сохранении благоприятного мелиоративного состояния орошаемой темно-каштановой почвы сыртов идет медленное кумулятивное возрастание щелочности от бикарбонат-ионов, рНксь уменьшения содержания свободного кальция; в составе поглощенных оснований возрастает содержание магния. Формирование высоких урожаев ведет к сильному обессоливанию почвы с выносом кальция около 76-100 кг/га в год, что при низком содержании свободного кальция снижает буферность почвы к ощелачиванию и осолонцеванию.
Севообороты, как фактор оптимизации природопользования на пахотных почвах Костанайской области
Севообороты являются одним из важнейших факторов повышения урожая и сохранения экологического равновесия на территории области. Для северных районов Костанайской области - зоны обыкновенных черноземов наиболее эффективны зернопаровые и зернопаропропашные севообороты со следующей структурой посевов: яровая пшеница - 66,6%, кукуруза и зернобобовые - 16,7%, чистый пар - 16,7% ( 1 поле - пар, 2,3 -яровая пшеница; 4 - кукуруза или зернобобовые; 5 - яровая пшеница; 6 -яровая пшеница или зернофуражные. Наряду с такими севооборотами эффективны и 4-польные севообороты без чистого пара, который заменяют кукурузой, викоовсянои смесью, горохом или донником. Они не уступают чистому пару, особенно в благоприятные по увлажнению годы. За ротацию рекомендуется вносить P120N90 кг д. в-ва (Магажанов Н.З., 1993).
Для II почвенно-климатического района Костанайской области Тулеева А.К. (1992, 1993) приводит схему следующих испытываемых севооборотов: зернопаровой 4-польный - 1 пар кулисный, 2 - озимая пшеница, 3,4 -яровая пшеница; 1 пар занятый, 2,3,4 - яровая пшеница; злаковый 5-польный - 1 - пар кулисный, 2,3,4,5 - яровая пшеница; зернопаровой 6-польный - 1 - пар кулисный, 2,3.4 - яровая пшеница, 5 - овес, 6 - ячмень; зернопропашной 4-польный - 1 - кукуруза, 2,4 - пшеница, 3 - ячмень; зернопропашной 7-польный - 1 - пар кулисный, 2, 5 - яровая пшеница, 3 -просо, 4 - кукуруза, 6 - ячмень, 7 - многолетние травы (выводное поле); бессменный посев пшеницы с 1971 года. По данным автора, наиболее благоприятная фитосанитариая ситуация по комплексу признаков (развитие корневых гнилей, септориоза, заселенность специализированными вредителями) на посевах яровой пшеницы оказывается при отсутствии стержневых предшественников (7-польный севооборот). На повторных посевах пшеницы увеличивается интенсивность поражения корневыми гнилями, пшеничным трипсом, злаковыми цикадками. В то же время, фитосанитарное состояние длительных бессменных посевов пшеницы (с 1971 года) стабилизировалось на уровне 75-80% от оптимума.
Гилевич СИ. и Кисель СП. (1988, 1990, 1992, 1993) отмечают, что росту производства с/х продукции и его стабильности на южных маломощных черноземах Кустанайской с/х станции способствует разнообразие культур и их правильное чередование в севообороте. По данным авторов, лучшим предшественником пшеницы в зерновом севообороте является кулисный пар. Сумма прибавок урожая в зернопаровом 4-польном севообороте в 2 раза превышает урожайность бессменной пшеницы и с избытком оправдывает наличие в севообороте поля пара. Однако, выращивание после пара яровой пшеницы более 2-х лет нежелательно, так как это ведет к усилению засоренности посевов и снижению урожайности. По данным авторов, ячмень и овес урожайнее яровой пшеницы на 5-8 ц. В то же время, они являются удовлетворительными предшественниками для пшеницы, урожайность которой повышается на 1,%-2,0 ц/га, по сравнению с повторным посевом. Авторы отмечает, что просо, размещаемое второй культурой после пара, превышает по урожайности яровую пшеницу на 5,2 ц/га. При этом, выращивание озимой пшеницы в большей степени способствует стабильности урожая, по сравнению с яровой. При размещении озимой пшеницы в севообороте по кулисному пару урожай ее был на 9,3 ц/га выше. Чем у яровой пшеницы. В годы, неблагоприятные для яровых, преимущество озимой пшеницы достигает 16-23 ц/га. Авторы считают, что зернопро-пашные севообороты в степной зоне области могут быть только коротко ротационными - кукуруза - пшеница - ячмень; кукуруза - пшеница.
Приводимые Кустанайским с/х институтом исследования показали неэффективность возделывания зерновых культур в данной зоне по занятым (однолетними травами, донником) парам. Отмечается, что длительные бессменные посевы одной и той же зерновой культуры ведут к увеличению засоренности посевов, несмотря на применение гербицидов, росту заболеваний и снижению урожайности.
На темно-каштановых почвах Львовской с/х станции урожайность пшеницы тоже, в значительной степени, зависит от предшественника. Урожайность пшеницы по пару была 12,2 ц/га; 2 культурой по пару - 9,6; 3-ей - 9,3; по кукурузе - 9,3; после овса - четвертой после пара - 10,4 (Берди-чевский И.С. с соавторами, 1993). Авторы отмечают положительное влияние овса, как предшественника. Схемы севооборотов обусловливают и развитие в посевах пшеницы болезней и вредителей.
Гилевич СИ. и др. (1993) установлено, что интенсивность поражения пшеницы болезнями сдерживают овес, озимая пшеница, септориозом - и кулисный пар. Однако, 7-польный севооборот (1 - пар, 2 - яровая пшеница, 3 - просо, 4 - кукуруза на силос, 5 - яровая пшеница, 6 - ячмень, 7 -многолетние травы (выводное поле) был наиболее устойчив к корневым гнилям и септориозу, здесь была самая низкая заселенность имаго пшеничного трипса, злаковыми цикадками и хлебной полосатой блошкой. Для южных черноземов Кустанайской с/х станции высокая засоренность пшеницы составляет 125-140 шт./м2, слабая - 0,5-1,0 шт./м . С удалением от первого поля засоренность увеличивается в 1,5-2 раза (Куда-шеваЛ.М., 1993). Значительное влияние на оптимизацию системы почва-растение имеет и обработка почв. От состояния поверхности пашни зависит скорость ветра в приземном слое воздуха, его эродирующая способность. Обработка почвы в значительной мере влияет на противоэрозионную устойчивость верхнего слоя почвы. Большое значение в борьбе с выдуванием мелкозема имеет степень покрытия пашни растительностью или пожнивными остатками.
Обеднение почв элементами питания и несбалансированное применение минеральных удобрений и мелиорантов, как факторы деградации почв
Низкий уровень плодородия почв, обеднение их элементами питания в сочетании с низким уровнем химизации сельскохозяйственного производства, достигнутым за последние годы, привели к засоренности полей, развитию болезней и вредителей, загрязнению среды, нарушению экологической обстановки, к малой эффективности и рентабельности сельскохозяйственного производства. Так, урожаи зерновых в среднем по Костанайской области составляет за 1990-2002 г.г. всего 10,8 ц/га, а в отдельные годы (1991,1998) составляет соответственно 3,6 и 4,0 ц на га. В длительных опытах установлено, что расход питательных веществ на производство сельскохозяйственной продукции и непроизводительные потери должны компенсироваться.
Без внесения минеральных удобрений постепенно наступает истощение почв и, как следствие, уменьшение урожайности сельскохозяйственных культур и деградация почв. По данным Сычева В.Г., в районах лесостепи и степи интенсивность баланса по азоту к 1990 году достигла 120-130%, фосфору - 250-260%, калию - 50-80%. В районах сухостепи интенсивность баланса по азоту с 1971 по 1990 год возросла от 70 до 10%, фосфору от 70 до 210%, калию - от 20 до 40%. Как указывает автор, данные по интенсивности баланса азота, фосфора и калия в почвах (1996-98 г.г.) свидетельствуют о том, что низкий уровень применения удобрений ведет к падению почвенного плодородия. По данным автора, дальнейшее выращивание сельскохозяйственных культур без применения удобрений в течение 10-15 лет приведет к снижению содержания элементов питания в почве до уровня 1965-1970 годов. Как уже указывалось, аналогичная ситуация и в исследуемом регионе. Елешев Р.Е. (1984) отмечает, что для установления обеспеченности почв Казахстана фосфором, кроме определения содержания подвижного фосфора, необходимо определять запасы его (рыхлосвязанные и разноос-новные фосфаты по Гинсбург-Лебедевой) и степень подвижности (по Скофильду). Автор отмечает, что с целью недопущения обеднения почв фосфором, а также излишнего зафосфачивания баланс фосфора должен обеспечивать покрытие расхода на 120-150% при содержании подвижного фосфора в пределах 20-30 мг/кг почвы (по Мачигину), при меньшем содержании на 150-200%. Экологическое значение обеднения почв элементами питания Обеднение почв элементами питания вызывает, как правило, нарушения экологического равновесия. Данный уровень сопровождается потерей биопродуктивности угодий, что приводит к усилению развития водной и ветровой эрозии, уплотнения, загрязнения почв, к увеличению засоренности и к более интенсивному развитию патогенных микроорганизмов.
Обеднение почв элементами питания приводит к ухудшению водно-физических свойств почв, гумусового состояния, падению урожайности и ухудшению качества сельскохозяйственной продукции. Многофункциональное влияние на систему почва-растение оказывают многие элементы питания. Обеднение почв элементами питания приводит к уменьшению биопродуктивности. Это сопровождается меньшим закреплением почв корневыми системами растений, уменьшением содержания гумуса, ухудшением структуры, увеличением плотности, повышением температуры. В конечном, итоге, развитие данных процессов сопровождается усилением развития водной и ветровой эрозии, опустынивания, переуплотнения, засоления и осолонцевания, загрязнения тяжелыми металлами. Все указанные процессы, естественно, приводят к увеличению деградации почв и уменьшению их ценности. С нашей точки зрения, в предлагаемом подходе оценки степени деградации почв подвижными формами элементов питания существуют следующие недостатки. 1. Обеднение почв подвижными формами элементов питания не является фундаментальным изменением свойств почв. Каждые 100 кг действующего вещества NPK, внесенные на 1 га сверх выноса с урожаем, изменяют содержание их подвижных форм примерно на 1 мг на 100 г почв. Например, уменьшение подвижных форм фосфора с 25 до 20 мг на 100 г (в вытяжке 0,2н НС1) может быть компенсировано внесением 500 кг Р2О5 на 1 га. Это не адекватно уменьшению стоимости почв на 5%. 2. Обеднение почв разными элементами питания не одинаково сказывается на урожайности, и иметь для всех случаев одну градацию вряд ли правильно. 3. Обеднение почв элементами питания неодинаково сказывается на плодородии разных почв и в определенных климатических условиях. 4. Существуют сложные взаимосвязи оптимальных агрономических свойств почв, содержания и соотношения элементов питания. При обеднении почв определенным элементом происходит изменение соотношения почв в ППК и в растворе, изменение других свойств почв, в ряде случаев, в большей степени действующих на урожай, чем недостаток самого элемента. Так, например, уменьшение содержания Са в почве приводит не только к недостатку Са для растений, но и к ухудшению структуры, подкислению почв, увеличению в почве количества подвижных алюминия и марганца, к потере гумуса и т.д. Мы считаем, что влияние обеднения почв элементами питания Xj, Х2, Х3, Хп на плодородие почв, урожай и проявление других экологических функций (Уь У2, У,,) почв может быть описано уравнениями множественной регрессии: Уі = К - kiXi - К2Х2 - knXn - кідХід... с учетом протекающих эффектов синергизма негативного действия на систему недостатка нескольких элементов питания. Очевидно, что для разных сочетаний свойств почв и климатических условий эти эмпирические уравнения будут свои. Хь Хг, Хп учитываются не в абсолютных величинах, а в % от оптимума. При этом большее значение имеет не содержание подвижных форм элементов питания в общепринятой в агрохимической службе вытяжке, а сумма их подвижных фракций в почве. Последний показатель мы предлагаем называть возобновляющая способность почв по отношению к элементам питания или способность почв поддерживать концентрацию ионов в почвенном растворе при их отчуждении с урожаем на постоянном уровне. В первом приближении, более правильно оценивать недостаток элементов питания не по содержанию их подвижных форм, а по содержанию валовых форм. Это связано с тем, что подвижные формы очень сильно варьируют в динамике (особенно для азота). Изменение валового содержания в почве элементов питания является изменением одного из фундаментальных свойств почв. Содержание же подвижных форм элементов питания может быть изменено не только их внесением или отчуждением, но также изменением рН, Eh, степени гумусированности и т.д.
Взаимосвязи в системе почва-растение, как фактор оценки их био продуктивности и ценности
Корневые системы растений, отмирая, попадают в почву и при разложении образуют специфические органические и органоминеральные соединения, являющиеся как источниками элементов питания, так и ингибиторами и стимуляторами. Это определяет влияние таких продуктов на плодородие почв, их экологическое состояние и ценность почв (аналогично влиянию на ценность почв ЛОВ - легкоразлагаемого органического вещества). Перечисленные теоретические положения послужили основой для проведения опытов по оценке биологической активности водных экстрактов из корней и надземных частей пшеницы. При этом, 1 г воздушно-сухих растений заливали 25 мл НгО. Через 2 суток в чашках Петри на фильтровальной бумаге, смоченной водой или водо-растворимыми органическими соединениями, учитывалась длина корней и стеблей проростков пшеницы и стандартного биологического теста - кресс-салата. Полученные данные приведены в следующих таблицах.
Как видно из представленных данных, биологическая активность водных экстрактов из корневых систем пшеницы отмечалась по действию на разные биотесты: прорастание семян пшеницы и кресс-салата. По действию на оба биотеста отмечается ингибирование их под действием водных экстрактов из корней пшеницы с участков бессменного посева (особенно на пшеницу) и при действии экстрактов из корней пшеницы сорта «Омская-18». Очевидно, что корневые системы разных сортов пшеницы будут обладать разной стимулирующей и ингибирующей способностью. Это иллюстрируют данные следующей таблицы.
Как видно из представленных данных, большей ингибирующей активностью по действию на прорастание семян пшеницы обладает водорастворимое органическое вещество из корней пшеницы сорта «Лютесценс» и «Рубин». Стимулирующей активностью обладало водо-растворимое органическое вещество, выделенное из корней пшеницы сортов «Казахстан-ская-19» и корней житняка. При этом, действие водо-растворимых органических веществ на корни и стебли биотестов отличается, так как их развитие определяют разные стимуляторы. На развитие кресс-салата более благоприятное влияние оказало водо-растворимое органическое вещество из корней пшеницы сорта «Омская-18» и ингибирующее действие - компоненты, выделенные из пшеницы сортов «Казахстанская-19», «Казахстанская-25», «Лютесценс», «Рубин».
Таким образом, на оба биотеста ингибирующее влияние оказало водорастворимое органическое вещество, выделенное из корней пшеницы сортов «Рубин», «Казахстанская-25», «Лютесценс». Стимулирующее влияние на оба биотеста проявило водо-растворимое органическое вещество, выделенное из корней житняка. (Следует отметить, что в водорастворимом органическом веществе присутствуют как органические, так и минеральные компоненты). Оценка биологической активности водных экстрактов из стеблей и листьев пшеницы
Водные экстракты из разных растений неодинаково влияют на биотесты. Под их влиянием развитие корней пшеницы, по сравнению с контролем, меняется от 156 до 32%; стеблей - от 146 до 13%. Развитие корней кресс-салата под их влиянием меняется от 122% до 31%, а стеблей -от 114 до 48% от контроля. Наибольшее ингибирующее влияние на развитие пшеницы оказали водные экстракты из люцерны, развитой на солонце. Наибольшее стимулирующее влияние на развитие проростков пшеницы оказали водо-растворимые вещества, выделенные из стеблей и листьев пшеницы «Омская-19», развивающейся на разрезе 1 - черноземе легкосуглинистом.
Химические органические, органоминеральные и минеральные соединения, выделенные из почв с парообразной водой, с транспирацией растений и с воздушными экзаметаболитами гидрофобного характера, являются одним из факторов, определяющих развитие микрофлоры почв, а следовательно, ее плодородия; фактором, определяющим урожай с/х культур. Поэтому, с нашей точки зрения, воздушные выделения почв характеризуют ее плодородие и ценность, а состав продуктов транспирации растений является индикатором плодородия почв и уровня их деградации.
