Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Экологически ориентированное управление структурой агроценозов и агроэкосистем как фактор повышения и воспроизводства плодородия почв 10
1.1. Сохранение плодородия почв как главная задача решения проблемы продовольственной безопасности 10
1.2. Современные тенденции агроэкологического подхода к использованию почв 15
1.3. Почва как центральное звено агроценозов и агроэкосистем 19
1.4. Сохранение почв при управлении функцией агроэкосистем и агроценозов 23
1.5. Управление функцией агроценозов. Роль промежуточных культур и поликультур 30
1.6. Сестайнинг агроэкосистем как «сверхзадача» агроэкологического подхода к управлению плодородием почв 34
Выводы 37
Глава 2. Экологический анализ агроресурсного потенциала челябинской области 39
2.1. Общая характеристика природных условий 39
2.2. Зональные свойства основных типов почв 50
2.3. Состояние пахотных земель 59
2.4.Агроэкологическое состояние сельского хозяйства 69
2.5.Техногенное загрязнение 92
2.6. Современное состояние системы продовольственной безопасности Челябинской области 96
Выводы 104
Глава 3. Объекты и методика исследований 106
3.1. Изучение влияния различных способов обработки на свойства почвы (на примере чернозема выщелоченного) 107
3.2. Изучение влияния промежуточных культур на плодородие почв (на примере черноземов выщелоченного и обыкновенного) 109
3.3. Изучение энергетического преимущества поликультур 114
Выводы 121
Глава 4. Промежуточные культуры как один из факторов управления плодородием почв 122
4.1. Значение промежуточных культур 122
4.2. Влияние промежуточных культур на агрофизические свойства, пищевой и водный режимы почв 126
4.3. Влияние поукосного рапса на агрофизические свойства, пищевой и водный режимы почвы 134
4.4. Влияние промежуточных культур на поступление органического вещества и биологическую активность почв 151
4.5. Влияние поукосных посевов рапса на засоренность почвы и посевов 158
Выводы 175
Глава 5. Использование поликультур как экологического посредника управления плодородием почв 177
5.1. Экологические преимущества поликультур 177
5.2. Опыт использования поликультур на Южном Урале 181
5.3. Оценка энергетической эффективности агроценозов с использованием промежуточных культур и поликультур 192
Выводы 199
Глава 6. Оптимизация агроэкосистем - основное условие эффективного использования потенциала почв 200
6.1. Экологическая оптимизация структуры агроэкосистемы 200
6.2. Оптимизация использования биоэнергетических ресурсов 203
6.3. Функциональные параметры агроэкосистем и их экологическое нормирование 209
6.4. Агропроизводственная группировка и экологические нормативы пахотных земель 213
6.5. Растениеводство 223
6.6. Животноводство 237
Выводы 242
Глава 7. Экологическая оптимизация агроэкосистем для различных зон южного урала как фактор повышения плодородия почв 243
7.1. АОЗТ ПЗ «Россия» Сосновского района (северная лесостепная зона) 244
7.2. ДЗАО «Буранное» Агаповского района (южная лесостепная зона) 254
7.3. АОЗТ «Урал» Октябрьского района (степная зона) 263
7.4. Сравнительная характеристика оптимизации хозяйств по основным экологическим параметрам 268
Выводы 271
Заключение и предложения производству 272
Список литературы 275
- Сохранение плодородия почв как главная задача решения проблемы продовольственной безопасности
- Современное состояние системы продовольственной безопасности Челябинской области
- Изучение влияния промежуточных культур на плодородие почв (на примере черноземов выщелоченного и обыкновенного)
- Влияние поукосного рапса на агрофизические свойства, пищевой и водный режимы почвы
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время сельское хозяйство стало одним из факторов деградации почвенного покрова. На значительной территории протекают процессы эрозии почв, деградации их физического комплекса, формируется дисбаланс элементов минерального питания и органического вещества (Ковда, 1985, 1989; Кирюшин, 1996, 1998; Карманов, 1996; Кушниренко, 1997; Бахтизин, 1997, 2000; Хабиров и др., 2000, 2001; Каштанов, 2000).
Негативные последствия сельскохозяйственного использования земель связаны с завышением доли пашни в агроэкосистемах (АгрЭС), антиэкологичной системой севооборотов, низкой эффективностью системы внесения минеральных и органических удобрений, использованием тяжелой техники и т.д. Эти явления характерны и для Южного Урала - региона, разнообразного по природным условиям и природным комплексам (Кушниренко, 1993, 1997; Егоров и др., 1995; Бахтизин, 1999; Хабиров и др., 2001; Хазиев, 2001). Длительное нерациональное использование агроресурсов привело к формированию отрицательных балансов по всем составляющим почвенного плодородия: органическому веществу, соотношению интенсивности процессов почвообразования и смыва, содержанию в почвах основных элементов минерального питания. Ухудшились агрофизические свойства почвы. Все сказанное в первую очередь относится к высокоиндустриальной Челябинской области. На ее территории действуют предприятия черной и цветной металлургии, химические и горнодобывающие предприятия, объекты военно-промышленного комплекса. Все это оказывает отрицательное действие на агроэкосистемы, в первую очередь - на состояние почв. Область стоит на третьем месте в России по выбросам загрязняющих веществ от стационарных источников и на первом - по образованию токсичных отходов (Добровольский и др., 2000). Продолжается процесс отчуждения сельскохозяйственных земель на строительство дорог, газопроводов, дачных участков, коттеджей и т.д. Происходит стихийная трансформация структуры сельскохозяйственных угодий (Зыбалов, Козаченко, 2002). Лишь не-
6 значительная часть малопродуктивных земель, выводимых из пахотного использования, залужается.
Большая часть пахотных земель (63,3 %) в области представлена черноземами, их плодородие за последние годы значительно снизилось и продолжает падать (Кушниренко, 1993, 1997; Синявский, 2000; Панов, 2001). В южных степных районах проявляется ветровая эрозия почв, в горных и предгорных -водная. За XX столетие черноземы потеряли более половины гумуса. Происходит закисление, засоление почв, загрязнение их тяжелыми металлами. Часть территории Челябинской области загрязнена радионуклидами. За годы реформ ситуация ухудшилась, так как практически прекратили вносить органические и минеральные удобрения, что снизило содержание гумуса и элементов минерального питания во всех типах почв. В итоге урожайность зерновых в Челябинской области снизилась с 11,8 (1981-1985 гг.) до 10,0 ц/га (1996-2000 гг.).
Сложный природно-территориальный комплекс Южного Урала с большим разнообразием климатических условий и рельефа требует дифференцированного подхода к воспроизводству почвенного плодородия. Поэтому разработка стратегии и тактики использования агроресурсного потенциала и прежде всего воспроизводства почвенного плодородия как главного параметра состояния АгрЭС является важным условием повышения устойчивости сельского хозяйства и обеспечения продовольственной безопасности.
Цель исследований. Разработать агроэкосистемный подход к решению проблемы воспроизводства плодородия почв на основе экологически ориентированного управления структурой и функцией агроэкосистем и агроценозов при следовании принципам адаптивного подхода и экологического императива. Проиллюстрировать возможности этого подхода на примере природных комплексов Южного Урала.
Задачи исследований. В соответствии с поставленной целью были сформулированы основные задачи исследований:
1. Разработать агроэкосистемную концепцию экологически ориентированного управления почвенным плодородием.
На основе агроэкологического анализа состояния почв и сложившейся системы их использования в сельском хозяйстве оценить уровень обеспечения продовольственной безопасности в исследуемом регионе.
Обосновать возможности использования промежуточных культур (в первую очередь ярового рапса) как биологических посредников в управлении плодородием почв, контроле засоренности посевов и почв, рециклинге элементов питания в цепи растения - скот - почва.
Определить возможности поликультур как эффективного экологического посредника при управлении плодородием почв, показать экологические и энергетические возможности включения поликультур в состав севооборотов с целью повышения полноты использования климатического агроресурсного потенциала Южного Урала.
Разработать систему экологического императива использования почв при оптимизации структуры агроценозов и агроэкосистем. На основании этой системы создать экологически оптимизированные агроэкосистемы для разных природных комплексов Южного Урала.
Тема исследования включена в Межведомственную координационную программу фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2001-2005 годы по шифру 11.03 - разработать методологию, критерии и параметры моделирования ресурсосберегающих систем и технологий полевого кормопроизводства, обеспечивающих повышение производства и качества растительного сырья, воспроизводства энергетического уровня и стабильности функционирования агроэкосистем.
Объекты исследований. Объектами исследования явились наиболее распространенные пахотные почвы различных агроклиматических зон Челябинской области, промежуточные культуры (яровой рапс, редька масличная, многокомпонентные смеси, сорго-суданковый гибрид) и поликультуры (смеси гороха с овсом, вики с овсом, кукурузы с рапсом, кукурузы с горохом и овсом,
8 подсолнечника с рапсом и горохом и др.), выступающие в роли посредника в цепях растение - почва и растение - скот - почва.
Климатические условия периода исследований. По условиям увлажнения за весь период исследований (1988-2001 гг.) острая атмосферная засуха наблюдалась в 1991-1995 гг. и в 1998 г. В эти годы посев промежуточных культур не проводился. Наиболее благоприятными годами для возделывания промежуточных культур и поликультур были 1990, 1992-1994, 1997, 1999, 2000. В остальные годы обеспеченность влагой была удовлетворительной.
Научная новизна
Для условий Южного Урала сформулирована концепция сохранения почв в рамках экологически ориентированного управления структурой и функцией агроэкосистем.
Обоснована возможность повышения плодородия почв за счет использования экологически оптимизированных агроценозов с участием промежуточных культур и поликультур, способных более полно использовать агроклиматические ресурсы, обеспечивать высокую интенсивность накопления органического вещества в почвах, подавлять засоренность посевов и снижать засоренность почв.
Предложены модели структуры АгрЭС для трех климатических зон Южного Урала, обеспечивающие воспроизводство почвенного плодородия в рамках агросистемного подхода.
Положения, вынесенные на защиту:
Эффективное управление плодородием почв возможно в рамках агро-экосистемного подхода при оптимизации соотношений и усилении связей между всеми компонентами АгрЭС - почвами, естественными кормовыми угодьями, лесом и скотом.
При экологически ориентированном управлении плодородием почв и их засоренностью целесообразно использовать биологические посредники-усилители (промежуточные культуры и поликультуры).
3. Энергетическая эффективность использования биологических посредников возрастает при минимизации обработки почвы.
Практическое значение. Результаты диссертационной работы являются основой разработки рекомендаций по экологизации земледелия, служат базой для экологически ориентированных технологий управления функцией агроце-нозов и агроэкосистем в условиях Южного Урала.
Апробация работы. Результаты исследований обсуждены и одобрены на Всероссийской научно-практической конференции (Екатеринбург, 2001; Москва, 2002), межрегиональных научных конференциях (Челябинск, 1999, 2000), научно-практических конференциях Свердловского сельскохозяйственного института (1991 г.), Челябинского государственного агроинженерного университета (1989-2002 гг.), Омского государственного сельскохозяйственного института (1992 г.), Башкирского аграрного университета (2001 г.), Агроэкологиче-ского института (филиал ЧГАУ) (1999, 2001 гг.). Результаты исследований отражены в четырех учебных пособиях и двух рекомендациях (1990, 1992, 1999, 2000, 2001, 2002 гг.). Материалы исследований используются в учебном процессе ЧГАУ и других учебных заведениях, включены в программу факультета повышения квалификации руководящих работников и специалистов АПК.
Научные разработки внедрены в хозяйствах Челябинской области (7 актов внедрения).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 44 научные работы, среди которых две монографии, четыре учебных пособия, две научно-методические рекомендации и шесть статей в центральных издательствах.
Сохранение плодородия почв как главная задача решения проблемы продовольственной безопасности
Несмотря на то, что в масштабе геологической истории планеты время жизни человечества мало, оно стало силой, способной выявить процессы, соизмеримые с естественными процессами биосферы. По этой причине выживание человечества в большой степени связано не с экономическими, а с экологическими факторами (Одум, 1987; Швебс, 1987; Каштанов, 1989, 2000; Жученко, 1990, 1994; Реймерс, 1992; Миркин, Хазиахметов, 1999, 2000; Моисеев, 1995; Черняев, 1999; Алексахин, Голубев и др., 2000; Berdicer, 1994; Roy, 1990; Brown, 1994 и другие). На биосферу влияют не только промышленное производство и транспорт, но и сельское хозяйство. Достигли предела доля агросфе-ры, доля эродированных почв, биомассы сельскохозяйственных животных и т.д. Ресурсы биосферы, затрачиваемые на производство продуктов питания, ограничены, поэтому при сохранении сложившихся тенденций природопользования в сельском хозяйстве, оно может стать одной из главных причин экологического кризиса.
В 1992 году в Рио-де-Жанейро состоялась конференция ООН по окружающей среде и развитию с участием глав правительств 179 государств. В ходе конференции была определена новая концепция устойчивого развития человечества. Суть принципа устойчивого развития - удовлетворение жизненных потребностей нынешнего и будущего поколения людей.
В сельскохозяйственном производстве устойчивое развитие предполагает прекращение истощения и разрушения прежде всего почвенных ресурсов и достижение экологически здорового производства при достаточно высокой продуктивности растениеводства и животноводства (Титлянова и др., 1982; 2000; Карманов, 1980, 1990; Каштанов, 1988, 2000; Реймерс, 1992; Жученко, 1994; Кирюшин, 1996, 2000; Лось, 1997; Бахтизин, Миркин, Хазиахметов, 1999; Дрейер, Володин, Здоровцев, 1999; Миркин, Хазиахметов, 2000; Суюндуков, 2001; Зыбалов, 2001; Muors, 1990; Roy, 1991 и другие).
Как показывает мировой опыт, экологически организованное сельское хозяйство должно строиться на принципах сестайнинга (поддержания), что делает необходимым следование экологическому императиву - системе запретов на все формы использования агроресурсов, которые ведут к разрушению, загрязнению окружающей среды или производимых продуктов (Brown, 1997; Миркин, Наумова, 1999). Это означает, что сельское хозяйство, по словам академика Н.Н.Моисеева, должно коадаптировать с природой. В.И.Кирюшин (1996; 1999; 2000) также считает, что спасение человека - в адаптации к природе, познании ее законов и следовании этим законам.
Главной задачей современного сельского хозяйства является обеспечение продовольственной безопасности, то есть потребностей современного и будущего поколений человечества в продуктах питания при сохранении агроресурсов, в первую очередь почв (Добровольский, 1990; Никитин, 1991; Прижуков, 1996; Миркин, Хазиахметов, 2000; Каштанов, 2000; Зыбалов, 2001; Wood, 1988; Harword, 1990; Brown. 1996; 1997; Drinkwater, Wagoner, Sarrantonio, 1998).
В настоящее время существует несколько взглядов на проблему продовольственной безопасности. Есть мнение, что прокормить растущее население планеты можно за счет создания высокоинтенсивных замкнутых систем, в которых поддерживается высокий уровень ресурсов и из которых нет оттока загрязняющих веществ (Гительзон и др., 1997). Другие предлагают решить продовольственную проблему за счет новых трансгенных сортов растений и пород животных (Schneiderman, Garpenter, 1990). В мире немало сторонников различных «альтернативных» подходов к решению данной проблемы: с полным отказом от минеральных удобрений, пестицидов и других химических средств управления агроэкосистемами и агроценозами (Bonny, Le Раре, 1984; Steinmann, 1984; Andersson, Wivstad, 1986; Diercks, 1983; Schmid, 1980; Arman, 1983; Шаги, 1986 и другие). Однако, как считают Б.М.Миркин и Р.М.Хазиахметов (2000), наиболее приемлемым решением проблемы продовольственной безопасности является компромиссное, когда в умеренных дозах могут применяться удобрения и пестициды, на ограниченных площадях - орошение и т.д. Ключевым моментом продовольственной безопасности при разных сценариях решения проблемы они считают не столько производство продуктов питания сегодня, сколько сохранение ресурсов для потомков.
Проблема продовольственной безопасности в России стоят достаточно остро. Продовольственный рынок России за последние годы характеризуется спадом производства большинства видов сельскохозяйственной продукции, особенно животноводческой. По данным Госкомстата России, производство мяса с 1995 по 1999 год сократилось на 25,6 %, молока - на 17,8 %, картофеля -на 21,7 %. Одним из показателей продовольственной обеспеченности страны продуктами питания является потребление населением пищевых продуктов в соответствии с установленными медицинскими нормами. Так, потребление мяса и мясопродуктов на душу населения в Российской Федерации по статистическим данным в 1999 году было ниже рекомендуемой нормы на 39 кг, молока и молочных продуктов - на 170 кг, яиц - на 67 штук, масла растительного - на 3,4 кг, сахара - 6,7 кг, овощей - на 33 кг. В то же время среднедушевое потребление хлеба и хлебопродуктов превысило норму на 8 кг.
Почвы являются главным средством производства в сельском хозяйстве (Бахарева, 1959; Бахтизин, 1960; Вильяме, 1936; Высоцкий, 1933; Горшенин, 1924; 1927; Егоров, 1995; Каретин, 1990; Карманов и др., 1998; Кауричев, 1989; Коротаев, 1957; Каштанов, 1987; Кирюшин, 1996; 2000; Ковда, 1978; Кушни-ренко, 1968; 1993; Маландин, 1934; 1936; Никитин, 1933; Панников, 1998; Синявский, 1996; Тайчинов, 1963; Хазиев, 1997). В зависимости от их плодородия обеспечивается уровень первичной биологической (растениеводческой) и вторичной биологической (животноводческой) продукции. Если это производство соответствует требованию обеспечения продовольственной безопасности (Миркин, Хазиахметов, 1999, 2000; Миркин и др., 1987, 1999, 2000, 2001; Хази 13 ев, 2000, 2001; Суюндуков, 2001, Карпачевский, 1993, 1999; Добровольский, 1998; Brown, 1995, 1996), необходимо предусматривать сохранение и воспроизводство агроресурсов, в первую очередь - плодородие почв.
Почва - самостоятельное природное тело, она беспрерывно изменяется во времени и пространстве (Докучаев, 1949), и потому важной задачей является ее защита от дальнейшей деградации - водной и ветровой эрозии, дегумификации, декальцинизации, аридизации, осолонцевания, засоления, загрязнения. Необходимо создание бездефицитного баланса гумуса и элементов минерального питания, то есть добиться простого и расширенного воспроизводства почвенного плодородия (Роде, Смирнов, 1972; Тайчинов, 1975; Ковда, 1973, 1983; Гришина, 1986; Логиновская и др., 1998; Гаврилюк, 1974; Добровольский, Гришина, 1985; Хазиев и др., 1995; 1997; Мукатанов и др., 1994; Амиров, 1999; Синявский и др., 2000; Габбасова, 2001; Большаков и др., 1993; Кирюшин, 1991; Бах-тизин, 2000; Суюндуков, 2001). По современным оценкам, примерно 1,2 млрд. га сельхозугодий в мире находятся в состоянии экстремальной деградации, из них 25 % - на уровне особенно «суровой» деградации (Прижуков, 1996). А на планете лишь 3,2 млрд га пахотных земель (24 % от всей площади суши), причем 60 % из них - непродуктивные земли (Salvador, 1993; Thrower, 1994).
Современное состояние системы продовольственной безопасности Челябинской области
Наличие гор и расчлененность рельефа обуславливают крайне неравномерное распределение осадков по территории области: в горах количество осадков составляет 600-700 мм. Наименьшее количество осадков за год (300-350 мм) выпадает на юго-востоке области. В течение года наибольшее их количество наблюдается в июле, наименьшее - в феврале. По годам месячные количества осадков могут отклоняться от среднего многолетнего значения. На большей части территории области снежный покров появляется в начале третьей декады октября, почти одновременно с переходом температуры воздуха через 0С, в горных районах - 14-15 октября, на четыре-шесть дней раньше этого перехода. Устойчивый снежный покров в среднем образуется в ноябре. Продолжительность залегания устойчивого снежного покрова 160-170 дней.
Направление ветра на равнинной местности в основном юго-западное и западное. Средняя месячная скорость ветра в летнее время составляет 2-5 м/с.
Большое разнообразие почвенного покрова объясняется различиями поч-вообразующих горных пород, растительного мира и климатическими особенностями. На северо-западе области преобладают дерново-подзолистые почвы, в южной части - серые лесные и горно-луговые почвы. В лесостепной равнинной зоне (северо-восточная часть области) развиты оподзоленные, реже - выщелоченные черноземы, серые и темно-серые почвы. В степной зоне выделяются две подзоны: северная - с преобладанием обыкновенных черноземов и южная - с южными черноземами. Встречаются выщелоченные и солонцеватые черноземы, расположенные пятнами. В озерных котловинах и водораздельных понижениях развиты солонцы и солончаки (Агроклиматические ресурсы Челябинской области, 1988).
Челябинская область расположена на водоразделе трех бассейнов рек Волги, Урала и Тобола, которые составляют основную долю источников водоснабжения всех отраслей народного хозяйства и населения Южного Урала. Водные ресурсы отличаются значительной неравномерностью не только во времени (70-80% стока приходится на период весеннего половодья), но и по территории. Более половины рек (55%) приходится на западную горную часть области. Средний многолетний сток на территории области составляет 6,62 км /год. Норма стока изменяется от 0,4 л/с на юго-востоке до 12-15 л/с в западных горных районах.
Большинство рек Челябинской области маловодны. Из 3602 рек, протекающих по территории области, 90% относится к очень малым - длиной менее 10 км. Наиболее крупная река области в бассейне Тобола - Миасс - является главным источником водоснабжения Челябинска.
На территории области насчитывается более 1300 озер с общей площадью 240 тыс. га. Озера расположены в основном в северо-восточной части области.
Растительный покров области сложный и разнообразный, он зависит от рельефа, характера почв, климата. Общая площадь земель лесного фонда области составляет 2823,5 тыс. га. Площадь, покрытая лесом, составляет 2453,3 тыс. га. Не покрытые лесной растительностью земли занимают 323 тыс. га. Для горной ландшафтной зоны свойственна вертикальная зональность. Леса в основном хвойные: на западе - елово-пихтовые, на востоке - сосновые, к которым присоединяются широколиственные породы - береза, реже - дуб и ильм. Среди лесных массивов и кустарников на повышенных местах рельефа и подзолистых почвах располагаются суходольные луга. Растительный покров их довольно разнообразен. Из злаковых трав здесь растут мятлик луговой, овсяница овечья, полевица обыкновенная, ежа сборная, пырей ползучий; из бобовых - клевер белый и красный, чины, горошки.
Северо-восточная часть области представляет собой лесостепь. В лесной части преобладают береза и осина. Отдельные луговые и ковыльно-разнотравные степные участки чередуются с березовыми колками. Травяной покров этих лесов представлен луговым и степным разнотравьем. В травяных сообществах преобладают тимофеевка степная, мятлик узколистный, типчак и другие.
Южные и юго-восточные районы области представляют собой почти безлесную типчаково-ковыльно-разнотравную степь. В южных степях травяной покров разрежен, рано развивается и выгорает, повторный рост растений наблюдается только при выпадении летних обильных осадков.
По основным агроклиматическим показателям Челябинскую область делят на четыре агроклиматические зоны: горно-лесную, северную лесостепную, южную лесостепную и степную (рис.2.1). Каждая из этих зон имеет свои специфические особенности, в которых различные биоклиматические ресурсы соединяются в одно целое, оказывая влияние друг на друга.
Горно-лесная агроклиматическая зона занимает северо-западную часть области, характеризуется как умеренно прохладная, влажная и переувлажненная. Зона отличается резкими климатическими контрастами, по сравнению с другими зонами имеет самый короткий период (105-120 дней) с температурой выше 10С. Сумма температур за период вегетации составляет 1500-1800С. Продолжительность безморозного периода в среднем составляет 90-100 дней (табл. 2.1,2.2).
Сумма активных температур имеет важное экологическое значение, так как выражает связь растений со средой обитания. Влияние климата на биологическую продуктивность растений прямо пропорционально величине сумм температур выше 10С.
Изучение влияния промежуточных культур на плодородие почв (на примере черноземов выщелоченного и обыкновенного)
По этой причине были предложены другие приемы обработки почвы. В Зауралье Т.С.Мальцев (1951) стремился подражать природе, оставляя слои почвы на месте без оборота пласта. Он считал, что решающее значение в питании растений имеет верхний слой. Положительно оценивали безотвальное рыхление и обработку почвы по методу Т.С.Мальцева такие ученые, как Н.В.Орловский (1951), П.А.Яхтенфольд (1956, 1959), А.И.Шевлягин (1958), D.Smika (1977), Ф.Т.Моргун, Н.К.Шикула (1990) и др. В.А.Воробьев (1968) считал, что системы обработки почвы должны быть построены на сочетании вспашки и безотвальной - глубокой и мелкой - обработки почвы в зависимости от зональных особенностей.
В 1965 году учеными ВНИИЗХ была разработана почвозащитная система земледелия для степной зоны Казахстана и Сибири. Главной особенностью этой системы была замена вспашки плоскорезной обработкой, обеспечивающей сохранность стерни и других растительных остатков на поверхности полей (Зайцева, 1970; Бараев, 1975).
Почвозащитная система земледелия нашла практическое применение в южных районах Челябинской области. Так, в степной зоне основными элементами системы земледелия при обработке почвы стали орудия плоскорежущего типа, оставляющие стерню на поверхности поля. В южной лесостепи наряду с плоскорезной стали применять комбинированную систему обработки почвы, то есть один раз за ротацию под пропашные культуры, в пару или после многолетних трав проводили вспашку, а под остальные культуры севооборота проводилась плоскорезная обработка почвы. В северной лесостепи более эффективной считалась комбинированная система обработки почвы, предусматривающая применение глубокой отвальной обработки под пропашные культуры (кукурузу, подсолнечник, картофель), в паровом поле, при вспашке пласта многолетних трав. Практически такая же обработка почвы применялась и в горнолесной зоне. В настоящее время Челябинским НИИ сельского хозяйства при разработке адаптивно-ландшафтной системы земледелия рекомендуются следующие системы обработки почвы (Вражнов, 1996, 2000).
В горно-лесной зоне - отвальная вспашка плугами с предплужниками один раз в три-четыре года; под зерновые, зернобобовые и однолетние травы можно проводить мелкую обработку почвы, но не менее 15 см тяжелыми дисковыми боронами БДТ-7, БДТ-3. В северной лесостепной зоне и лесостепи предгорий рекомендуется комбинированная система обработки почвы: один раз за ротацию севооборота под кукурузу, в пару и после многолетних трав проводится вспашка на всю глубину пахотного слоя с полным оборотом, под зерновые, зернобобовые и однолетние травы - мелкая, на глубину 13-15 см. Подобная система обработки предусматривается и в южной лесостепной зоне. В степной зоне, как и ранее, рекомендуется система минимальной плоскорезной обработки почвы с сохранением стерни. Однако многими хозяйствами области данные рекомендации не выполняются, а если и проводится система той или иной обработки почвы, то с большими издержками. Из-за отсутствия техники, ГСМ и по ряду других причин поля в осенний период после уборки предшественника не обрабатываются, весной проводится посев зерновых, зернобобовых и однолетних трав стерневыми сеялками или в предварительно мелко обработанную почву. Это ведет к резкому снижению урожаев. Защита растений В Челябинской области для борьбы с вредителями, болезнями и сорняками широко используются пестициды. На территории области работают 18 районных станций защиты растений и 10 пунктов сигнализации и прогноза. Для протравливания семян используются препараты винцит, дивидент, колфуго-супер и другие. Из-за отсутствия средств на приобретение протравителей используют вещества, альтернативные химическим протравителям: агат-25-к, ризоплан, нарцисс. Однако зараженность семян остается очень высокой. Так, Челябинской государственной областной станцией защиты растений под урожай 1998 года фитоанализу было подвергнуто 112 тыс. тонн семян зерновых и зернобобовых культур, из них зараженными оказались 110 тыс. тонн. Для снижения засоренности используются различные гербициды отечественного и зарубежного производства: луварам, трезор, гезогард, лонтрим и другие. Биологическая эффективность гербицидов в 1998 году при наземных обработках составила 70-95%. Вместе с тем засоренность полей в области не снижается. По данным станции защиты растений, за последние десять лет (1989-1999 гг.) доля пашни с засоренностью в сильной и средней степени увеличилась с 52% до 73%о. В 1998 году в результате маршрутного обследования посевов сельскохозяйственных культур на площади 2544,5 тыс.га (91% от площади пашни) обнаружено засоренными в разной степени 2540 тыс.га. Площади зерновых культур, обработанные гербицидами в среднем за 20 лет (1981-2000 гг.), составили 39%, в 2000 г. - 52%. Обработка против вредителей и болезней сельскохозяйственных культур проводится децисом, каратэ и т.п. Биологические методы защиты растений в полевых условиях не используются, за исключением биостимулятора агат-25-к для обработки семян зерновых культур и картофеля. Отмечается загрязнение земель и растительной продукции остаточными количествами пестицидов. Это обусловлено необоснованным применением тех или иных пестицидов, нарушением правил хранения, транспортировки, сроков и норм их применения; использованием в хозяйствах одних и тех же препаратов на одних и тех же сельхозугодьях в течение ряда лет; психологической недооценкой работниками сельского хозяйства пестицидов как ядов. Считается, что при нагрузке пестицидов меньше 4 кг/га опасность загрязнения почв является минимальной. Анализ объемов применения пестицидов в Челябинской области за 1965-2000 годы показал, что распределение условной дозы пестицидов для общей пахотной площади в среднем было таким; 1965-1979 годы - 0,6 кг/га; 1979-1989 годы - 1 кг/га; 1990-2000 годы - 0,2-0,4 кг/га.
В рамках экологического императива Администрацией Челябинской области было принято постановление № 170 от 26.03.1998 года «О порядке регистрации, транспортировки, хранения, реализации, применения и утилизации поступающих в Челябинскую область пестицидов и агрохимикатов».
Таким образом, в настоящее время химические меры защиты растений не представляют особой экологической опасности. Есть принципиальная возможность во многих случаях использовать агротехнические и биологические методы. Хотя сами по себе принципы компромиссной стратегии сельского хозяйства не исключают применения пестицидов как разовой, «пожарной» меры.
Влияние поукосного рапса на агрофизические свойства, пищевой и водный режимы почвы
За последние годы в России и за рубежом накоплен большой положительный опыт в использовании промежуточных культур по основным природно-климатическим зонам. Особенно широко применяются они на юге Нечерноземной зоны. В Западной Сибири и на Южном Урале из-за короткого вегетационного периода и лимитирующего фактора - влаги - промежуточные культуры считались нецелесообразными. Однако исследования, проведенные И.П. Гейдсбрехтом (1981), Г.Н.Малаховым (1984), Н.Р. Бахтизиным (1990), СМ. Красножоном (1997), B.C. Зыбаловым (1990; 1999), В.Н. Ломовым (1995) и другими, показали возможность введения их в структуру посевных площадей. Особую значимость промежуточные культуры приобретают при внедрении адаптивно-ландшафтной системы земледелия, когда преследуется стабильность посевных площадей (Жученко, 1990; Лошаков, 1993; Кирюшин, 1996; Каштанов, 1988, 2000 и другие). По эффективности действия на плодородие почвы сидеральные промежуточные культуры приравниваются к хорошо приготовленному навозу (Довбан, 1984; Попов, 1989; Трушин, 1990; Новоселов, 1990). Поэтому включение в севооборот промежуточных культур при адаптивно-ландшафтной системе земледелия рассматривается не только как дополнительный источник кормов, но и как важнейший резерв пополнения гумуса за счет корневых и пожнивных остатков, улучшающих физические свойства почвы (Воробьев, 1979; Трушин, 1990; Арнт, 1990, 1999; Лошаков, 1978, 1999; Жучен-ко, 1990; Кирюшин, 1996; Зыбалов, 1992, 2000; Красножон, 1997; Николаев, 1999; J.Debruck, 1987; R.Nawhesetal, 1978; W.Simon, 1981 и другие).
A.M. Гаврилов (1985) отмечает, что в богарном земледелии промежуточные посевы однолетних бобовых культур оказывают такое же действие на почву, как черный пар, в орошаемом - как многолетние травы. Опытами В.Г. Лошакова (1975) установлено, что при урожае зеленой массы 180-200 ц/га озимая рожь как промежуточная культура оставляет в почве около 60 ц/га воздушно-сухих корневых и поукосных остатков. По его данным, органическое вещество промежуточных культур имеет ценный химический состав. Например, соотношение углерода и азота в подземной массе горчицы, озимого рапса не превышало 8:10. В наших исследованиях установлено, что при урожайности зеленой массы поукосного рапса 173-180 ц/га в почву поступало от 48 до 60 ц/га воздушно-сухих растительных остатков. Почва, покрытая зеленым покрывалом растений, постоянно наращивает свое плодородие и надежно защищена от различных видов эрозии.
В.И. Кирюшин (1996) указывает, что при формировании адаптивно-ландшафтной системы земледелия следует выделить подсевные, поукосные и пожнивные культуры, продлевающие время нахождения почвы под растительным покровом, как одно из важнейших средств биологизации земледелия. По данным В.Г. Лошакова (1976), в районах недостаточного увлажнения коэффициент использования пашни, составляющий 0,75-0,90, при замене чистых паров занятыми повышается до единицы, при возделывании промежуточных культур - до 1,5. Для нечерноземной полосы, отмечают Ю.К. Новоселов, В.В. Рудоман (1988), при внедрении промежуточных посевов коэффициент использования пашни может достичь 1,1-1,3, в южных районах страны - 1,5 и более. Сомкнутый растительный покров в агроценозе препятствует развитию многих видов сорных растений (Баздырев, 1984; Николаев, 1999; Зыбалов, 1991, 1999).
Одним из принципов ландшафтного земледелия является подбор адаптивных растений для конкретной среды обитания, обеспечивающих устойчивую продуктивность экосистем. При этом антропогенное воздействие на почву, растения и окружающую среду не должно выходить за рамки экологического императива, то есть за пределы, за которыми снижаются плодородие почвы и первичная биологическая продукция агроэкосистемы.
Следует особо отметить роль крестоцветных культур в очищении почвы от инфекции за счет глюкозинолатов, которые они содержат. Возделывая рапс, редьку масличную, сурепицу, можно не только повысить содержание органического вещества в почве, но и улучшить санитарное состояние почв.
На Южном Урале промежуточные посевы должны занять подобающее место в структуре посевных площадей. Исследования показали, что насыщение севооборотов промежуточными культурами позволяет получать дополнительные корма, обогащать почву органическим веществом, снижать антропогенную нагрузку на агроценозы. Особенно важную роль промежуточные культуры играют в структуре зеленого конвейера, сущность которого - бесперебойное обеспечение животных зеленым кормом в течение весенне-летне-осеннего периода.
В настоящее время в хозяйствах области промежуточные посевы имеют второстепенное значение. Их посев преследует только экономические интересы - как можно больше взять от природы, ничего не давая взамен. В Челябинской области с ее разнообразием природно-климатических ресурсов промежуточные культуры можно использовать как один из действенных способов повышения продуктивности агроценозов.
Особенности климатических условий Южного Урала заключаются в том, что атмосферные осадки в основном выпадают во второй половине лета. Это позволяет возделывать в промежуточных посевах скороспелые и холодостойкие культуры (рапс, редьку масличную и другие), которые дают не только дополнительную продукцию, но и оказывают улучшающее влияние на почвы. В южной степной и лесостепной агрозонах культуры ранних поукосных посевов являются в севообороте основными. У культур позднего посева продолжительность вегетационного периода почти такая же, как и у предшествующих яровых (65-75 дней). Поэтому часто бывает трудно отнести данные культуры к основным или промежуточным.
В северной лесостепной зоне Южного Урала промежуточными являются поздние поукосные посевы, так как по сравнению с ранними яровыми культурами они имеют меньший период вегетации, хотя в отдельные годы дают урожай значительно выше, чем первые культуры.
По нашим расчетам, в Челябинской области в структуре посевных площадей с экологической точки зрения целесообразно иметь до 8% промежуточных посевов. В настоящее время такие посевы занимают 55 тыс. га, или менее 3 % пашни. Повышение доли промежуточных посевов в районах их возможного возделывания позволит полнее использовать климатические ресурсы в течение всего вегетационного периода, потенциал пашни и биоэнергетических ресурсов. Подобную точку зрения имеют и ученые Башкортостана, они рекомендуют долю промежуточных посевов в структуре посевных площадей довести до 12 % (Бахтизин, 1995).
