Содержание к диссертации
Введение
1. Влияние систем обработки почвы и гербицидов на элементы плодородия, величину и качество урожая
1.1 Значение органического вещества в повышении плодородия почв
1.2 Влияние обработки и гербицидов на агрохимические показатели плодородия почв
2. Условия почвообразования, объекты и методы исследований
2.1 Климат 32
2.2 Рельеф 33
2.3 Растительность 35
2.4 Почвообразующие породы 35
2.5 Объекты и методы исследований 37
3. Результаты исследований 40
3.1 Оценка современного состояния плодородия черноземов выщелоченных Южной лесостепной зоны, анализ динамики урожайности, баланса гумуса, азота и фосфора и потребность в удобрениях для достижения бездефицитного баланса гумуса, азота и фосфора
3.1.1 Динамика урожайности сельскохозяйственных культур 40
3.1.2 Анализ состояния почвенных ресурсов 50
3.1.3 Характеристика и анализ современного состояния плодородия черноземов выщелоченных
3.1.4 Эрозия почв 60
3.1.5 Баланс гумуса 60
3.1.6 Баланс азота 62
3.1.7 Баланс фосфора 63
3.1.8 Вынос азота, фосфора и калия с урожаем сельскохозяйственных культур
3.1.9 Потребность в органических, минеральных удобрениях и извести для достижения бездефицитного баланса гумуса и питательных веществ
3.2 Влияние минимализации обработки почвы на фоне гербицидов на показатели плодородия почв, засоренность посевов и урожайность яровой пшеницы и ячменя
3.2.1 Изменение содержания и запасов влаги, структурно-агрегатного состояния почв при минимализации обработки чернозема выщелоченного на фоне гербицидов
3.2.2 Изменение содержания и запасов гумуса при минимализации обработки чернозема выщелоченного на фоне гербицидов
3.2.3 Изменение содержания и запасов азота при минимализации обработки чернозема выщелоченного на фоне гербицидов...
3.2.4 Изменение содержания подвижного фосфора при минимализации обработки чернозема выщелоченного на фоне гербицидов
3.2.5 Влияние минимализации обработки почвы на фоне гербицидов на биологическую активность почв
3.2.6 Влияние минимализации обработки почвы на фоне гербицидов на засоренность посевов яровой пшеницы и ячменя
3.2.7 Влияние минимализации обработки почвы на фоне гербицидов на урожайность яровой пшеницы и ячменя
3.3 Экономическая эффективность возделывания яровой пшеницы и ячменя по минимальной технологии на фоне гербицидов
Выводы 108
Рекомендации производству
Литература 111
Приложения 138
- Влияние обработки и гербицидов на агрохимические показатели плодородия почв
- Почвообразующие породы
- Динамика урожайности сельскохозяйственных культур
- Потребность в органических, минеральных удобрениях и извести для достижения бездефицитного баланса гумуса и питательных веществ
Введение к работе
Деградация в первую очередь проявилось в снижении мощности гуму-сово-аккумулятивного горизонта, содержания и запасов гумуса, питательных веществ, биологической активности, ухудшении агрофизических и физико-химических параметров. Как известно по работам академика В.И.Кирюшина (1993, 1996, 1998, 2000), одним из основных элементов новой парадигмы природопользования, является минимализация обработки почвы. Минимали-зация обработки почвы способствует ослаблению эрозионных процессов и уменьшению затрат на полевые работы. Первая фундаментальная работа по результатам изучения эффективности минимализации обработки почвы в земледелии Республики Башкортостан появился в 1993 году (Салищев и др., 1993). В последующие годы эта проблема оставалась актуальной и остается такой до настоящего времени (Хазиев и др., 1997; Хамидуллин и др., 2001;
Бикбулатов, Кираев, Салищев и др., 2004; Гарифуллин, Акбиров, Хабиров, 2008; Хазиев, 2007; Чанышев, Мукатанов, Кираев, 2008) и др.
«Когда то долго спорили, какая вспашка лучше: отвальная или безотвальная? Безотвальная — экологичнее, мягче, хотя требует применения гербицидов и два раза дешевле, чем отвальная» - таковы размышления видного башкирского эколога Бориса Миркина на страницах журнала Агропресс (Санникова, 20076).
Минимальная обработка почвы способствует сбережению энергоресурсов, снижению эрозии и повышению запасов продуктивной влаги для сельскохозяйственных культур и широко используется во многих странах (House et al., 1984; Elliott et al., 1986; Гамзиков и др, 1987; Gallaher, Ferrer,. 1987; Groffmann et al., 1987; Громов и др., 1991; Коломиец, 1993; Петренко, Лазник, 1987; Шульмейстер и др, 1993; Савич и др., 2007; Curaqueo et al., 2008; Jabro et al, 2008; Madarasz et al., 2008; Mrabet et al., 2008 ). Так, в США в 1983 г. 63% всей площади пашни подвергалось минимальной обработке, а к 2000 г. уже планировалось охватить ею 90% пашни (Beyrouty et al., 1986)].
Многие страны уже переходят к нулевой обработке почвы - No-Till. Сегодня в мире 1 млн га возделывается по системе No-Till. В том числе в США — 23% всех обрабатываемых площадей, в Бразилии и Аргентине — 60%, в Парагвае - более 65%. Прогнозируется, что в самое ближайшее время 90% земель, которые используются для выращивания сельскохозяйственных культур в этих странах, будут обрабатываться по системе No-Till (Чураева, 2007). Опыты проведенные на Украине в 1997-2007 гг. показали, что по системе No-Till снизились приблизительно в 5 раз производственные затраты — на 90% сокращен парк сельхозтехники (13500 га обрабатывает один трактор, посевной комплекс, опрыскиватель, пять комбайнов); на 70% сокращен расход ГСМ, на 80 % - время обработки посевной площади, на 30 % расход удобрений; значительно сокращены трудозатраты - на 13500 га работают* 12
6 механизаторов. При этом урожайность повысилась в 2 раза — с 27 ц/га до 50 ц/га. И, что особенно важно, удалось приостановить деградацию плодородного слоя почвы. Так в 1987 году содержание гумуса в почве составило 4,5 %, за 10 лет интенсивного землепользования этот показатель снизился до 4,3 %. А с 1999 до 2004 г. содержание гумуса повысилось до 4,4 %.
Опыты, проведенные на различных континентах земного шара, показали, что минимальная обработка почвы по сравнению с отвальной почти всегда приводит к стабилизации гумусного и азотного состояния, при этом количество гумуса и общего азота несколько возрастает, происходит перераспределение фракции органических и минеральных соединений азота, несколько изменяется состав гумуса в сторону преобладания лабильных фракций. В целом минимизация обработки почвы приводит к преобладанию иммобилизации над минерализацией и закреплению нитратного азота в составе микробной плазмы (Хабиров, 1994; Beyrouty et al., 1986; Gallaher, Ferrer, 1987; Groffmann et al., 1987; Eliot et al., 1986; House et al., 1984; Rice et al., 1986; Rice et al.,1987; Wilson, Hargrove, 1986).
В Республике Башкортостан различные варианты минимизации обработки внедряются в ряде хозяйств ("Пугачевский" Федоровского района, "Зилаирский" Баймакского, "им. Калинина" Стерлитамакского районов и др. (Салищев и др., 1993). Слабое внедрение этого прогрессивного метода в первую очередь связано с тем, что не все типы почв обладают благоприятными для минимальной обработки агрофизическими свойствами. В республике довольно много почв с тяжелым гранулометрическим составом, которые после минимальной обработки сильно уплотняются. Вторым сдерживающим фактором является возможное засорение почв злостными многолетними корневищными и корнеотпрысковыми сорняками. Минимальная обработка почвы обязательно должна сочетаться с применением гербицидов. К сожалению, в последние годы объемы применения гербицидов резко сократились.
Поэтому минимальная обработка, особенно тяжелых почв, чаще приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур и качества продовольственного зерна. Кроме того, недостаточно полно изучены изменения пищевого режима при минимальной обработке почв, в том числе их гумусное и азотное состояние, как один из важных компонентов формирования высоких урожаев и стабилизации плодородия почвы.
Следовательно, исследование причин деградации черноземов и разработка приемов восстановления их плодородия является актуальной задачей современного земледелия.
Цель и задачи исследований. Целью исследований явилась разработка системы минимальной обработки почвы под зерновые культуры в севооборотах, способствующая воспроизводству плодородия черноземных почв и повышению продуктивности культур.
В задачу исследований входило решение следующих вопросов:
Оценка современного состояния плодородия черноземов выщелоченных Южной лесостепной зоны.
Установить влияние систем обработки почвы и гербицидов на агрофизические свойства черноземов выщелоченных;
Изучить влияние систем обработки почвы и гербицидов на гумусное состояние, пищевой режим и биологическую активность черноземов выщелоченных;
Исследовать влияние систем обработки почвы и гербицидов на засоренность посевов яровой пшеницы и ячменя в севооборотах;
Определить экономическую эффективность систем обработки почвы на фоне гербицидов при возделывании яровой пшеницы и ячменя в севооборотах.
Научная новизна исследований. Обоснование экологически ориентированных приемов сохранения и повышения плодородия черноземов выщелоченных Южной лесостепной зоны (минимализация обработки почвы) впер-
вые рассматривается на фоне использования гербицидов. Установлена, что минимальная обработка почвы на фоне гербицидов является наиболее реализуемым с точки зрения экономики и соответствующим требованиям экологического императива и продовольственной безопасности приемом повышения плодородия почв. По минимальной обработке на фоне гербицидов повышаются запасы влаги, гумуса, азота и фосфора, улучшается структура, влагоем-кость и водопрочность агрегатов, возрастает биологическая активность и урожайность яровой пшеницы и ячменя, уменьшается засоренность посевов. Защищаемые положения:
Современное состояние почвенного покрова Южной лесостепи Республики Башкортостан не соответствует требованиям экологической и продовольственной безопасности. Одним из причин снижения плодородия почв является ежегодная отвальная вспашка.
В структуре адаптивно-ландшафтных систем земледелия способы минимальной обработки почвы и гербициды являются радикальными приемами повышения плодородия почв, урожайности яровой пшеницы и ячменя.
Использование минимальной обработки почвы способствует сохранению и повышению биологической активности почв, содержания и запасов влаги, гумуса и питательных элементов в почве, улучшению структурно-агрегатного состояния, гербициды позволяют снизить засоренность посевов яровой пшеницы и ячменя, в результате повышается урожайность этих культур.
Практическая значимость. Плодородие почв сельскохозяйственного назначения напрямую зависит от уровня применения средств химизации. Использование их с учетом уровня плодородия почв и планируемой урожайности сельскохозяйственных культур позволили наметить путей сохранения и восстановления плодородия черноземов Южной лесостепной зоны Республики Башкортостан. В условиях дефицита ГСМ, обоснована целесообразность широкого использования минимальной обработки почв на фоне гер-
бицидов для достижения бездефицитного баланса гумуса, питательных веществ и устранения избыточной засоренности и повышения урожайности яровой пшеницы и ячменя. Результаты исследований использованы при разработке «Рекомендаций по сохранению и повышению плодородия почв Республики Башкортостан на 2005 — 2010 годы на основе адаптивно-ландшафтного земледелия». Теоретические и практические положения диссертации используются в Башкирском государственном аграрном университете при чтении лекций по агрохимии, почвоведению и земледелию.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертации доложены на научно-практической конференции почвоведов, агрохимиков и земледе-лов Южного Урала и Среднего Поволжья «Почвы Южного Урала и Среднего Поволжья: экология и плодородие», посвященной 100-летию со дня рождения заслуженного деятеля науки РФ и РБ, доктора с.-х. наук, профессора С.Н.Тайчинова (Уфа, 27-28 сентября 2006 г.), Всероссийской научно-практической конференции Перспективы агропромышленного производства регионов России в условиях реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК» (Уфа, 2006), Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития инновационной деятельности в агропромышленном производстве» (Уфа, 26 февраля - 1 марта 2007 г.), Международной научно-практической конференции «Агроэкологическая роль плодородия почв и современные агротехнологии) (Уфа, 26027 июня 2008 г.), Всероссийской научно-практической конференции с международным участием в рамках ХУ111 Международной специализированной выставки «Агрокомплекс - 2008, Интеграция аграрной науки и производства: состояние, проблемы и пути решения», на совместном заседании кафедр агрономического факультета БГАУ. Результаты исследований опубликованы в печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 167 страницах компьютерного текста, состоит из введения, трех глав, выводов и предложений производству, содержит 31 таблицы, 1 рисунок, 13 приложе-
ний. Список литературы включает 310 наименований, в том числе 15 на иностранных языках.
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. ВЛИЯНИЕ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ И ГЕРБИЦИДОВ НА ЭЛЕМЕНТЫ ПЛОДОРОДИЯ, ВЕЛИЧИНУ И КАЧЕСТВО УРОЖАЯ. Почва - непревзойденный субстрат для произрастания растений. Она -содержит значительную долю органического вещества в виде гумуса и свежих растительных остатков, что создает условия для постоянного взаимодействия ее с микроорганизмами. Наличие в почве органического вещества, обилие грибов, бактерий и мезофауны, непрерывные биологические и сложные биохимические процессы дают основание квалифицировать почву как живое тело (Сдобников, 1994).
Совсем недавно почва считалась сугубо сельскохозяйственным объектом. В конце прошлого столетия ученые осознали экологические функции почвы, более того, в 2002 году в Таиланде на международном конгрессе почвоведов состояние почв было признано главным экологическим вызовом XXI века, поскольку многие экологические проблемы напрямую связаны с ухудшением почвенного «здоровья». Почва не только производит биологическую продукцию (до 95% пищевой продукции получается за счет плодородия почв), она является экологической нишей для всего живого - микроорганизмов, растений, животных, создает и хранит биоразнообразие планеты. Почва — природный фильтр, через который очищаются атмосферные осадки, превращаясь в грунтовые воды. Почва дышит, и если нарушаются внутренние химические процессы, активно «выдыхает» углекислый газ, поглощая при этом кислород, и участвует в создании «парникового эффекта». Почва — главный санитар: если бы она не перерабатывала останки всего живого, поддерживая круговорот органики в природе, в течение 10-15 лет земля покрылась бы разлагающимися трупами. Почва через растения поставляет нам важнейшие азотистые соединения, которые являются основой белка, а белок
11 основа жизни. Вывод очевиден: хотим иметь нормальную экологию - должны поддерживать здоровье, а значит - плодородие почвы (Санникова, 2007г).
В.И. Вернадский (1965) обосновал важнейшее теоретическое положения современного почвоведения о том, что почва - это место сильнейшей миграции атомов в биосфере и в ней в течение короткого времени значительная масса вещества проходит через живые организмы.
П.А. Костычев (1949) представлял почву как природное тело, образующееся в результате совокупной деятельности природных факторов, среди которых исключительная роль принадлежит растительности и деятельности живых организмов.
В своем фундаментальном труде "Основы учения о почвах" В.А. Ковда (1973) дал определение почве как основного компонента биосферы, представляющего собой среду обитания сухопутной растительности, животных и микроорганизмов. Именно в почве между живым и неживым осуществляется в широких масштабах обмен веществ и энергии.
Одним из важнейших свойств почвы является ее плодородие. Материальную основу плодородия почвы составляют три основные группы факторов: биологические, агрофизические и агрохимические. К биологическим факторам относятся: содержание и качественный состав органического вещества, почвенная биота, наличие сорняков, вредителей и болезней. В группу агрофизических факторов следует отнести механический состав, структуру и строение пахотного слоя, мощность пахотного и гумусового горизонтов, водный режим почвы. Группу агрохимических факторов составляют: содержание и режим питательных веществ, щелочно-кислотные и поглотительные свойства почв (Каштанов и др., 1983).
Интенсивное сельскохозяйственное использование черноземов выщелоченных Южной лесостепной зоны Республики Башкортостан привело к их деградации и снижению плодородия (Хазиев и др., 1995, 1997; Добровольский, 1998; Карманов, Булгаков, 1988; Черников, Милащенко, Соколов, 2001; Габбасова, 2004; Хазиев, 2008). Дальнейшая эксплуатация почвенного богат-
ства без должного возмещения, извлекаемого вещественно-энергетического потенциала, будет способствовать устойчивому переходу почвы на более низкий энергетический уровень гомеостаза и, соответственно, снижению плодородия. Наибольший ущерб плодородию черноземов наносят эрозия, аг-рогенная деградация, локальное переувлажнение, осолонцевание. Значительная потеря ценных сельскохозяйственных земель происходит в процессе добычи полезных ископаемых открытым способом и т.д. Деградацию черноземов вызывает также применение экстенсивного, нерационального земледелия, которое не позволяет стабилизировать экологическое состояние почв (Габбасова, 2004; Хазиев, 2008).
Наиболее эффективным средством воздействия на агрофизические, химические и биологические процессы, происходящие в почве, является механическая обработка. На ее долю приходится около 40 % энергетических и 25 % трудовых затрат от всего объема полевых работ (Воробьев и др., 1991).
В настоящее время в мировом земледелии утвердились две основные принципиально различные технологии обработки почвы - вспашка и обработка почвы без оборота пласта. Изучению и сравнению этих технологий посвящено много работ отечественных и зарубежных ученых (Мальцев, 1969; Бараев, 1971; Прокофьев, 1978; Киреев, 1979; Старовойтов, 1981; Титов, 1983; Кирдин, 1984; Калимулин, 1995; Веретенников, 1996 и др.)
Еще в 1774 году в "Трудах Вольного экономического общества «Болотов писал ... «Перевороченная земля через зиму прозябнет и весною рыхлее будет, к тому же жнивье соломенное и трава с кореньями перегнивают и от этого земля улучшается, сделается сочнее"
Видные отечественные ученые В.Р. Вильяме (1930), К.А. Тимирязев
(1948), А.И.Стебут (1956) указывали, что наиболее эффективным приемом
увеличения потенциального плодородия почвы является глубокая вспашка.
Но еще в 80-х годах прошлого столетия Д.И. Менделеев (1965) и П.А.Костычев (1937) предупреждали, что частая вспашка по меньшей мере бесполезна, а часто и вредна. Первым экспериментатором и активным пропагандистом мелкой бесплужной обработки в России был И.Е. Овсинский (1911).
К настоящему времени сельскохозяйственная наука накопила огромный материал, отражающий эффективность применения того или иного способа обработки почвы. Но при этом следует отметить, что приводимые в литературе данные и выводы нередко оказываются самыми неожиданными, а порою противоречивыми. Так, по мнению Н.М.Тулайкова (1963), Т.С.Мальцева (1969), А.И.Бараева (1971) и др. преимущества безотвальной обработки очевидны.
Г. И. Казаков (1984), В. Калашников, А.. Витер (1975) и другие считают лучшей обработкой в севообороте отвальную вспашку.
Стационарные многолетние опыты, проведенные в Литовском научно-исследовательском институте земледелия с 1955 года показали, что на окультуренных дерново-подзолистых почвах различного гранулометрического состава пахотные работы возможно свести к минимуму (Арлаускас, 1989), в севообороте в течение ряда лет можно пахать на глубину 10-12 см, а в некоторых случаях и вообще не пахать. Агрофизические, агрохимические и микробиологические исследования, проведенные в этом институте также показали, что после длительной мелкой вспашки не снижается рыхлость почвы, не ухудшается ее структура, не изменяется количество питательных веществ, не увеличивается количество сорняков.
На окультуренных супесчаных почвах, по данным Вокеского филиала Лит НИИЗ (1961-1967 гг.) глубину вспашки в севообороте выгодно чередовать от 12 до 30 см: под озимые следует пахать глубже, под яровые мельче. После уборки картофеля на неуплотненной и незасоренной почве можно ограничиться культивацией. При отсутствии многолетних сорняков поле мож-
но пахать несколько лет подряд на меньшую глубину, а в случае их появления - глубину вспашки надо увеличить. Другое дело тяжелосуглинистые почвы. Чтобы получить на них высокие урожаи, как показывают исследования Ионишкельской опытной станции (1956-1985 гг.), необходима постоянная глубокая вспашка. В этих условиях на основании многочисленных опытов (Арлаускас, 1989) они рекомендуют глубину вспашки в севообороте чередовать следующим образом: под озимые и пропашные культуры на 25-30 см, под яровые после картофеля — на 20-22, после корнеплодов — на 20 и после картофеля - на глубину 15 см.
В центральном Нечерноземье по результатам опытов проведенных в Учхозе ТСХА «Михайловское» Московской области рекомендуется на склоновых землях в зернотравяных севооборотах под посевы яровых зерновых культур (овес, ячмень) проводить щелевание и минимальную обработку (Кочетов, 1989).
В Предуралье минимализация основной обработки почвы не ухудшила агрофизические свойства, не оказала существенного влияния на водно-физические свойства типичного чернозема (Рамазанов и др., 1989).
В Среднем Поволжье наиболее приемлемым способом основной обработки почвы в зернопаропропашном севообороте можно считать трехкратную обработку тяжелыми дисковыми боронами, но только в системе севооборота при двухкратной отвальной вспашке за ротацию — в пару и под кукурузу (Попов, 1989).
В черноземье в опытном хозяйстве ВНИИЗ и ЗПЭ на типичных черноземах тяжелосуглинистого механического состава с содержанием гумуса 5,8% проводили сравнительное изучение разноглубинных отвальной и безотвальной обработок почвы и их чередования в севообороте совместно с гербицидами (Логачев, Картамышев, 1989). Применение гербицидов уменьшало засоренность посевов на 60% независимо от основной обработки почвы. Чередование обработок почвы обеспечивает увеличение продуктивности звена
севооборота при сокращении затрат труда и средств на производство продукции растениеводства.
В Условиях Башкортостана эффективность минимализации обработки почвы изучался в совхозе «Пугачевский» Федоровского района (Рамазанов и др., 1989; Хабиров, Простякова, 1997 ), в условиях Белебеевской возвышенности (Хамидуллин и др., 2001), учхоза БГАУ (Янбухтина, 1989; Кираев, 2003, 2003 а) и др.
В 1997 году специалисты модельного хозяйства Корпорации «Агро-Союз» (Украина) начали поэтапный переход от традиционной технологии обработки почвы через минимальную к ресурсосберегающему земледелию на основе системы No-Till. И за 9 лет были получены впечатляющие результаты (Чураева, 2007). По системе No-Till снизились приблизительно в 5 раз производственные затраты — на 90% сокращен парк сельхозтехники (13500 га обрабатывает один трактор, посевной комплекс, опрыскиватель, пять комбайнов); на 70% сокращен расход ГСМ, на 80 % - время обработки посевной площади, на 30 % расход удобрений; значительно сокращены трудозатраты -на 13500 га работают 12 механизаторов. При этом урожайность повысилась в 2 раза — с 27 ц/га до 50 ц/га. И, что особенно важно, удалось приостановить деградацию плодородного слоя почвы. Так в 1987 году содержание гумуса в почве составило 4,5 %, за 10 лет интенсивного землепользования этот показатель снизился до 4,3 %. А с 1990 до 2004 г. содержание гумуса повысилось до 4,4 %.
Влияние обработки и гербицидов на агрохимические показатели плодородия почв
Почвенное плодородие выступает как единая, целостная и динамическая система, в структуре которой важное место принадлежит агрохимическим свойствам. Естественные экосистемы характеризуются устойчивой сбалансированностью звеньев круговорота веществ, где явления синтеза и десинтеза находятся в равновесии и протекают согласно почвообразовательному процессу. Введение почв в сельскохозяйственное производство приводит к глубокому преобразованию процессов почвообразования, резкому и значительному изменению их генетических свойств, сопровождающихся ухудшением показателей плодородия и агрохимических свойств в том числе. При этом в Нечерноземной зоне подзолообразова-тельный процесс характерен как для целинных, так и старопахотных почв (Долотов.,1963; Кауричев, 1967). Его проявление выражается в ухудшении физико-химических свойств почв в пахотном и особенно подпахотном горизонтах (Пономарева, 1964).
Одним из факторов, изменяющих агрохимические показатели плодородия почв, является возделываемая культура. Длительное выращивание полевьх культур сопровождается значительными потерями в содержании подвижных форм фосфора и калия и ухудшением реакции почвенной среды (Амиров, 1970; Кудрявцева, 1970; Осин, 1982; Клименко , 1984; Лютая , 1988; Башир Ахмед Али, 1991; Бакун, Любинецкий , 1992; Кирпичников , 1993; Амралин , 1995; Полин , 1995 и др.). Потери фосфора и калия значительно изменяются в зависимости от культуры. Возделывание пропашных культур сопровождается большими потерями, чем зерновых.
Роль разных полевых культур в изменении кислотно-поглотительных свойств почв оценивается одинаково, то есть не зависимо от вида культурного растения кислотность возрастает (Башир Ахмед Али, 1991; Полин , 1995). Чередование культур также сказывается на агрохимических показателях плодородия почв. Причем по сравнению с бессменным возделыванием, количество фосфора и калия в почве севооборота меньше. Это отмечается как на дерново-подзолистой (Кудрявцева , 1970; Полин , 1995), так и на черноземной почвах (Амиров , 1970). По-видимому, этот факт объясняется большим выносом питательных элементов с высокими урожаями культур в севообороте (Закуан Тарабиши, 1989). Однако на серых лесных почвах в зернотравяно-пропашном севообороте снижение происходит только по фосфору, в то время как количество калия почти не изменяется (Сдобникова, Яговенко, 1987). Необходимо также отметить, что не всегда устанавливается снижение количества питательных веществ в почве при сельскохозяйственном использовании. Исследования Долгопруднинской агрохимической опытной станции в различных севооборотах показали, что длительное сельскохозяйственное использование почвы заметно не отразилось на содержании Р2О5 и К20 в пахотном горизонте (Хлыстовский, 1992). Так же не зависимо от вида севооборота на дерново-подзолистой тяжело-суглинистой почве без удобрений на протяжении 40...50 лет шло постоянное нарастание кислотности. В среднем для 4 опытов за этот период в почве величина гидролитической кислотности увеличилась на 2 мг-экв. на 100 г почвы. При этом нарастание кислотности по отдельным периодам было неравномерным. Сильнее всего реакция почвенной среды изменялась в первом 20-летии исследований. В последующие 20 лет рост кислотности замедлился. В. Д. Полин (1995) отмечает, что севооборот "...не имеет преимущества в отношении кислотности по сравнению с бессменным возделыванием". С. В. Кудрявцева (1970) приходит к выводу, что научно обоснованное чередование культур имеет преимущество перед бессменным возделыванием. Она объясняет увеличение кислотности под бессменной озимой пшеницей в сравнении с севооборотом тем, что происходит "...значительное уменьшение поступления органического вещества с растительными остатками в связи с резким падением урожая и слабой минерализацией этих остатков в почве под ней". Причину различий в содержании фосфора между бессменными посевами и севооборотом для сходных по гранулометрическому составу почв И. М. Богдевич (1992) объясняет тем, что "..доступность почвенных элементов питания растениям зависит от многих факторов - степени кислотности и насыщенности основаниями, содержания гумуса, емкости поглощения и других показателей плодородия почв, биологических особенностей культур и сортов, уровня агротехники". В отношении калия, отмечая те же причины, что и для фосфора, он указывает еще и на динамичность форм калия.
В связи с тем, что в агрофитоценозах с урожаем культур отчуждается значительное количество элементов питания растений, появляется необходимость в их восполнении. Систематическое применение органических и минеральных удобрений как под бессменные культуры, так и в севообороте, решающим образом влияет на изменение агрохимических показателей плодородия почвы. Их применение способствует повышению содержания в почве Р205 и К20. Не удобренная почва отличается невысоким количеством элементов питания растений и низкой величиной pHKci- Обобщенные результаты исследований 15 опытов, проведенных на дерново-подзолистой почве разного гранулометрического состава, показали, что при длительном ее использовании без удобрений содержание Р2О5 колебалось в пределах 2,5...7,5, К2О - 4,0... 10,0 мг/ЮОг почвы, а гидролитическая кислотность - на уровне 2,5...7,1 мг.экв./100г почвы (Минеев, Шевцова, 1978; Минеев и др., 1980). Количество обменного калия в почве контрольных вариантов несколько выше, чем фосфора. Это связано, по-видимому, с динамическим равновесием между отдельными формами калия. Поэтому потребность в нем наступает позднее, чем в азоте и фосфоре и без применения удобрений дольше сохраняется на исходном уровне (Жукова, Панкова,1985).
Действие минеральных и органических удобрений на агрохимические свойства почвы различно. Это объясняется положительным іти отрицательным эффектом их на данные свойства почвы, а также величиной эффекта. Минеральные удобрения способны значительно повысить кислотность почвы за довольно короткий срок (Хлыстовский, 1992). При этом немалую роль играет вид и форма удобрения. Н. 3. Милащенко (1993), обобщая данные многочисленных исследований, разделяет их на следующие группы: подкисляющие, нейтральные и подщелачивающие почвенный раствор. Азотные удобрения в большинстве случаев способны увеличивать все виды почвенной кислотности; калийные - незначительно, но подкисляют почвенный раствор; фосфорные - в большей или меньшей степени способны к подщелачи-ванию реакции почвенной среды. Однако в большинстве опытов изучается сочетание азотных, фосфорных и калийных удобрений в различных дозах и исследователи получают противоречивые данные.
Почвообразующие породы
С историей климата и современными климатическими условиями связано формирование и распространение на территории широкого набора растительных группировок. В Предуральской части республики Е.В.Кучеровым (1990) выделены следующие растительные зоны: широколиственно-лесная с подзоной сосновых и березовых лесов, широколиственно-лесная с подзоной широколиственных лесов, лесостепная и степная.
Облесенность территории пестрая - от 1 до 57%. Леса представлены отдельными колками, приуроченными к предгорьям, наиболее повышенным участкам водоразделов и северной части Белебеевской возвышенности. Они состоят в основном из широколиственных пород с преобладанием липы. При движении на юг господствующей породой становится дуб, а местами береза. Пониженные равнины Прибелья облесены на 5-10%. Практически безлесными являются территории бассейна реки Уязы, к востоку от Стерлибашевско-Федоровской возвышенности, к югу и к северу от осевой полосы Общего Сырта. В указанных местах количество лесов ниже 1%. Степные пространства в значительной степени распаханы или используются под выгоны и сенокосы.
Западная платформенная часть Предуралья представлена в основном отложениями пермской системы палеозоя. В основании этих напластований лежат осадки нижнепермского моря в виде известняков артинского и гипсов кунгурского ярусов. Уфимский ярус представлен отложениями континентального периода: песчаниками, красноцветными глинами, мергелями, конгломератами. Наступившее в верхнепермский период Казанское море возобновило образование морских отложений в виде песчаников, глинистых сланцев, мергелей, доломитов казанского яруса. В Левобережном Прибелье преобладают делювиальные четвертичные и элювиально-делювиальные отложения. Они могут быть карбонатные и бескарбонатные.
По карто-схеме почвообразующих пород (Хазиев, Мукатанов и др., 1995) в долинах рек, надпойменных террасах почвы формировались на аллювиальных и аллювиально-делювиальных отложениях. Это — древнеаллюви-альные и четвертичные глины, суглинки, пески, галечники. Поскольку ОПХ «Уфимское» БНИИСХ, где проводились основные полевые эксперименты расположена на территории Уфимского района относящегося по почвенно-экологическому районированию к седьмому Левобережному Прибельскому волнисто-равнинному лесостепному почвенно-экологическому округу (Или-шевский, Дюртюлинский, Чекмагушевский, Кушнаренковский, Уфимский, Чишминский, Кармаскалинский, Аургазинский районы) и к 25-ому Базы-Чермасанскому равнинному лесостепному почвенно-экологическому району Предуральской степной провинции (Мукатанов, 1999) природные условия почвообразования рассмотрим в более широком плане, но ближе к данной провинции.
Территория левобережного округа протянулась с северо-запада от границы Республики Башкортостан с Республикой Татарстан на юг, включая Аургазинский район в виде полосы, охватывая современную долину р.Белой и прилегающую левобережную водораздельную равнину. По физико-географическому районированию Башкортостана (Кадильникова, 1964) округ отнесен к Южно-лесостепной подзоне Лесостепной зоны, а С.Н.Тайчиновым (1973) — к Переходной лесостепи. Оба эти подхода принципиально не отличаются. Поэтому А.Х.Мукатанов (1999) также рассматривает данный округ как переходной от лесостепных ландшафтов к антропогенным степным. В этом плане в нашей работе, кроме только лесостепной части и приводятся сравнительные материалы других прилегающих к основному округу информации. В Левобережном Прибельском округе в общеландшафтном плане выделяются долина р.Белой и водораздельная левобережная равнина. Первая достигает ширины 10-12 км. В ней выделяются пойма шириной до 5 км, луга, старицы, заболоченные понижения. Первая надпойменная терраса имеет волнистый характер, вторая достигает ширины 6-7 км, поверхность ее относительно ровная. Именно здесь сосредоточены самые потенциально богатые черноземы республики. Вторая надпойменная терраса постепенно переходит к плиоценовой поверхности выравнивания.
В геологическом строении территории принимали участие осадочные породы пермской, третичной и четвертитчной систем. Особое место среди них занимают морские акчагыльские отложения. Они перекрыты четвертичными отложениями: аллювиальными суглинками, песками, галечниками, ал-лювиально-делювиальными суглинками с вкраплениями элювиального щебня.
Сельскохозяйственная освоенность территории составляет 72%, распа-ханность - 54%, пашни в составе сельскохозяйственных угодий занимают 82,4%. Леса составляют около 17% площади.
Черноземы, имеющие голоценовый послеледниковый возраст, отличаются высоким потенциальным плодородием средне- и тяжелосуглинистого механического состава, запасы гумуса в профиле почв достигают 500-600 т/га, мощность гумусового горизонта доходит до 60-70 см, запасы влаги 4500-5000 т/га. Содержание гумуса в пахотном слое до 9%. Реакция среды почв преимущественно нейтральная. Эти данные свидетельствуют о возможности получения здесь богатых урожаев зерновых и других культур. Лимитирующими факторами плодородия могут быть содержание подвижного фосфора и почвенная влага.
Динамика урожайности сельскохозяйственных культур
По существующему до сих пор сельскохозяйственному районированию (Тайчинов, Бульчук, 1975) территория РБ разделено на шесть природно-климатических зон. А.Х.Мукатанов территорию РБ подразделяет на 14 поч-венно-экологических округов. ОПХ «Уфимское» БНИИСХ, где проводились основные полевые эксперименты расположена на территории Уфимского района и относится к седьмому Левобережному Прибельскому волнисто-равнинному лесостепному почвенно-экологическому округу (Илишевский, Дюртюлинский, Чекмагушевский, Кушнаренковский, Уфимский, Чишмин-ский, Кармаскалинский, Аургазинский районы). В пределах данного округа выделяется 3 почвенно-экологические районы (Мукатанов, 1999): -Базы-Чермасанский равнинный лесостепной почвенно-экологический район (25) пересекается тремя левыми притоками р. Белой - Сюнь, База и Ку-ваш. Отличается равнинностью, малой степенью облесенности и наличием типичных черноземов (почв настоящих лесостепей и степей). В почвенном покрове доминируют черноземы выщелоченные. В составе почвенного покрова черноземов типичных - 50 тыс.га, выщелоченных 185 тыс.га, серых и темно-серых лесных - 60 тыс.га и аллювиальных -5 тыс.га (Илишевский -125 тыс.га, Дюртюлинский — 95 тыс. га, Чекмагушевский - 45 тыс.га, Бирский -33 тыс.га). -Чермасано-Уршакский полого-увалистый лесостепной почвенно-экологический район (26) пересекается реками Чермасан, Кармасан, Дема в нижних течениях. Отличается относительно предыдущего района, повышенным, незначительно увалистым рельефом, эрозионной расчлененностью и большей облесенностью. В почвенном покрове, как и в предыдущем, доминируют выщелоченные черноземы (203 тыс.га), типичные занимают 82 тыс.га, серые и темно-серые лесные 82 тыс.га и аллювиальные 10 тыс.га. (Кушнаренковский - 120 тыс.га, Уфимский - 95 тыс.га, Чишминский - 139 тыс.га). -Уршакско-Куганакский увалистый лесостепной почвенно-экологический район (27) отличается большой расчлененностью рельефа, его увалистым характером, развитием карста, значительной облесенностью. Пересекается реками Узень, Карламан, Аургазы, Куганак. В составе почвенного покрова доминируют черноземы (180 тыс. га). Другие типы почв составляют около 50 тыс га. Административные районы: Кармаскалинский, Аургазин-ский районы.
Агроклиматические условия Левобережного Прибельского волнисто-равнинного лесостепного почвенно-экологического округа Южной лесостепной зоны позволяют возделывать зерновые культуры, сахарную свеклу и подсолнечник. В 1997 году в общем объеме производства удельный вес зоны составил по зерновым 37,4%, сахарной свекле - 60,9%, подсолнечнику -74,6%.
В связи с тем, что полевые опыты проводились в хозяйствах Уфимского района входящего в состав Чермасано-Уршакского полого-увалистого лесостепного почвенно-экологического района находящегося в Левобережном Прибельском волнисто-равнинном лесостепном почвенно-экологическом округе и расположенные в этой зоне хозяйства являются крупными производителями зерновых культур, сахарной свеклы и подсолнечника остановимся на анализе динамики урожайности этих культур в зависимости от гидротермических условий за 1963-1998 годы (табл. 3.1, 3.2). В целом климат Южной лесостепной зоны относительно засушливый.
За анализируемый период количество выпадающих осадков в зоне колебалось в пределах от 403 до 749мм в год, среднегодовое значение количества осадков составило 564,3 мм. Годовые значения осадков, превышающих средний уровень по зоне, приходится на 16 из 34 лет (1968, 1969, 1970, 1971, 1977, 1978, 1980, 1983, 1984, 1985, 1986, 1988, 1990, 1993, 1994, 1997 гг.). Уровень осадков, выпавших в зоне, менее среднего уровня по зоне, приходится на 18 из 34 лет (1965, 1966, 1967, 1972, 1973, 1974, 1975, 1976, 1979, 1981, 1982, 1987, 1991, 1992, 1995, 1996, 1998 годы). За вегетационный период количество выпавших осадков отмечалось в пределах от 86 мм до 363,2 мм, среднее количество осадков в зоне составляет 219,7 мм. За анализируемый период среднегодовое значение температур в зоне колебалось в пределах от -0,4С до +5,1 С. Среднемесячное значение температуры в вегетационный период отмечалось в пределах от +13,8С до +18,9С. За анализируемый период с 1965 по 1998 г. урожайность зерновых культур в зоне отмечалось в пределах от 8,3 ц/га до 26,7 ц/га при среднем значении 18,2 ц/га. Урожайность выше 21,8 ц/га (более 120% от среднего значения по зоне) приходится на 8 из 34 лет (1968, 1978, 1983, 1985, 1986, 1990, 1996, 1997 гг). Урожайность ниже 14,6 ц/га (менее 80% от среднего значения по зоне) приходится на 7 из 34 лет (1965, 1972, 1975, 1981, 1987, 1989, 1998 г). Максимальная урожайность в зоне 26,7 ц/га получена в 1986 году при сочетании следующих природно-климатических факторов: сумма осадков за год 709 мм, осадки за вегетационный период 300 мм, среднегодовая температура воздуха +1,9С, средняя температура воздуха за вегетационный период +14,8С.
Потребность в органических, минеральных удобрениях и извести для достижения бездефицитного баланса гумуса и питательных веществ
По районам, расположенным в Южной лесостепной зоне проследили за динамикой внесения азотных, фосфорных, калийных, органических и известковых удобрений. Внесение органических удобрений в республике из года в год уменьшается. Фактически в 1990 г. внесено навоза 3,6 т/га, в 1993 - 2,6 т/га, в 1994 - 2,2 т/га и 0,98 т/га в 1998 г. (табл.1). Аналогичная картина наблюдается и по количеству вносимых азотных, фосфорных и калийных удобрений. Однако, начиная с 2001 года наметилась тенденция к увеличению норм внесения органических и минеральных удобрений, и в 2004 году внесение органических удобрений составило 1,7 т/га и минеральных в сумме достигло до 29,9 кг/га. Солома почти полностью выносится с полей и не используется в качестве органических удобрений. Посевы однолетних и многолетних бобовых культур сокращаются. Объемы известкования также остаются невысокими, хотя площади кислых черноземов выщелоченных возрастают.
Для достижения бездефицитного баланса гумуса в Левобережном поч-венно-экологическом округе необходимо внести 8,4 т/га органических удобрений, в т.ч. навоза 4,1 т/га, торфа 0,59 т/га, зеленых удобрений (сидераты) 0,55 т/га и соломы 0,83 и незначительное количество древесных опилок, дефеката, осадков городских сточных вод (табл. 3.15). Как видно из таблицы даже по теоретическим расчетам органических удобрений не хватает для покрытия дефицита гумуса. По Уфимскому району общая потребность в органических удобрениях ниже, чем по округу и составляет 5,8 т/га, в т.ч. навоз и птичий помет 4,7 т/га, торфа 0,79 т/га и сидератов 0,31 т/га. По нашим экспериментальным данным в Уфимском районе можно запланировать внесение и соломы как органического удобрения до 1 т/га. Это можно сказать теоретические расчетные данные. Практически в 2002 году по округу в среднем планировалось внести в 2002 году 2,37 т/га, 2003 году 3,15 т/га, 2004 году 3,62 т/га (в 1986 году навоза вносили 3,55 т/га), 2005 году 4,56 т/га. В Уфимском районе соответственно планировалось использовать в 2002 г. 1,89 т/га, 2003 г. 2,52 т/га, 2004 г. 2,99 т/га, 2005 г. 3,63 т/га (табл. 3.16). Такая стратегия в Уфимском районе связано тем, что в перспективе в структуре посевных площадей планируется увеличение доли почвоулучшающих культур при некотором сокращении доли почворазрушающих и увеличение в составе органических удобрений доли сидератов из бобовых культур и соломы. Сохранение гумуса- это сохранение плодородия почв, сохранение экологических функций почв и в конечном счете сохранение биосферы (Добровольский, 1989; Никитин, 1991; Никитин, Скворцова, 1994).
В 2002 году уровень применения минеральных удобрений необходимо было довести до уровня их использования в 1986 году (табл. 3.17) и 2005 году постепенно наращивая довести 164 кг/га (азота 63, фосфора 48, калия 54) (табл.3.18)(Хабиров и др., 2000).
В изучаемом почвенно-экологическом округе расположено 233,9 тыс га почв нуждающихся в известковании (30,8 % от площади пашни) (табл. 3.19). По Уфимскому району площадь таких почв составляет 33,1 тыс га (42,6 % от пашни). Количество необходимых известковых материалов по районам приведен в приложении 7.
Адаптация земледелия к местным условиям - исторический процесс, который складывался веками. Ее научные основы заложены в работах В.В. Докучаева, А.А. Измаильского, П.А. Костычева, Д.Н. Прянишникова, Н.М. Тулайкова и др. Ландшафтный подход землепользованию это путь к рациональному природопользованию. В нашей стране накоплен научный и практический опыт ведения земледелия на ландшафтной основе, адаптированной к местным природным и экономическим условиям.
Наиболее полное использование научного потенциала и обобщение практического опыта было достигнуто при составлении и освоении зональных систем земледелия. Импульсом к этой работе послужило создание почвозащитной системы А.И. Бараева, интегрировавшей достижения североамериканского и опыт сибирского земледелия, приумноженный работами Т.С. Мальцева, а также инициативы многочисленных зональных научно-исследовательских центров.
Принципиально новые направления исследований по системам земледелия,-развивающие эти основы, представлены в работах А.А. Жученко, А.Н. Каштанова, В.И. Кирюшина, A.M. Лыкова, А.П. Щербакова и др.
Сущность ландшафтного земледелия заключается прежде всего в рациональном использовании всех природных ресурсов, установлении равновесия круговорота веществ между составляющими элементами природной системы, обеспечивающей расширенное их воспроизводство. Ландшафтное земледелие определяется как система использования земли, обеспечивающая экономически обусловленную продуктивность в соответствии с общественными потребностями, природными и производственными ресурсами при определенном способе производства, предполагающем наряду с получением качественной продукции предотвращение деградации и загрязнения природной среды и воспроизводство почвенного плодородия. Такая система реализуется в условиях природно-территориального комплекса, характеризующегося близкими климатическими, геоморфологическими, почвенными, гидрологическими условиями и соответственно определенным направлением хозяйственного использования, т.е. применительно к той или иной категории агроландшафта.
При всем значении пространственного дифференцирования систем земледелия по ландшафтным условиям не меньшее значение имеет адаптация его применительно к различным уровням интенсификации агропромышленного производства, формам организации труда, в большей мере определяющим специализацию, структуру использования земли, технологии.
Таким образом, на смену понятия зональной системы земледелия приходит понятие адаптивно-ландшафтной, имея в виду адаптацию не только к природным, но и производственным факторам (Хабиров, Исмагилов, Мага-фуров, Азнаев, 1999; Кирюшин, 2000).
Структурно-функциональная иерархия агроландшафтов является методологической основой для дифференциации земледелия в соответствии с природно-ресурсным потенциалом. Реализация последнего зависит от адаптивного потенциала сельскохозяйственных растений, под которым понимается способность обеспечивать высокую и устойчивую продуктивность агро-фитоценозов в изменяющихся условиях внешней среды - пишет автор адаптивного подхода А.А. Жученко. Понятие адаптивного подхода в значительной мере имеет экономическую природу: возможность получить на единицу вводимой в агроэкосистему антропогенной энергии (все более дорожащей и, как правило, из исчерпаемых источников) максимальную отдачу фиксацией неисчерпаемой и "даровой" солнечной энергии в фотосинтезе и вторичной биологической продукции животноводства. В этом понятии отражается здравый смысл мужика, стремящегося сеять то, что лучше растет, и разводить ту "скотину", которая выгоднее (т.е. говоря языком экологии, в этих условиях обладает более высоким коэффициентом биоконверсии). Чисто экономическую природу адаптивного подхода (не используя, понятно, этого термина) подчеркивал В.Р. Вильяме, который писал,-что задача земледелия - получить максимальный урожай при наименьших затратах.
