Введение к работе
Актуальность исследований. Одним из важнейших направлений национальной безопасности любого государства является качество жизни населения, которое напрямую связано с безопасностью его питания. Элементный химический состав растений, один из показателей качества растительной продукции, и, соответственно, эффективности технологий их выращивания.
Экологическое земледелие с контролем питания растений активно развивается во всем мире. Этому вопросу в последнее время большое внимание стало уделяться и в России. Основу современных систем земледелия составляет сортоагротехника, требующая знаний о реакции растений на изменение условий произрастания и применение удобрений.
Роль минерального питания растений имеет принципиальное значение в оценке и управлении параметрами плодородия, функционировании и устойчивом развитии агроэкосистем. При интенсивном использовании почва начинает функционировать в новых экологических условиях, что приводит к изменению направленности и интенсивности почвообразовательных процессов. Антропогенная нагрузка на почвы нередко сопровождается снижением уровня плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур. Устранение этих негативных явлений требует более детального и глубокого изучения системы «почва — удобрение — растение — урожай» с использованием методов комплексной почвенно-растительной диагностики и информационных технологий. Наиболее полная диагностика плодородия почв и качества питания растений возможна только при учете целого ряда показателей. При этом следует определять не только оптимальный уровень содержания элементов, но и оптимальные их соотношения (сбалансированность) в течение всего периода развития растений. В современных диагностических системах «фактор сбалансированности» учитывается лишь фрагментарно. Поэтому диагностика плодородия почв с использованием интегрированных систем приобретает особую актуальность и значимость.
Цель работы - методологическое и экспериментальное обоснование интегрированной диагностики плодородия чернозема обыкновенного Нижнего Дона
В задачи исследований входило:
-
Оценка плодородия чернозема обыкновенного Нижнего Дона с применением методов многоэлементной диагностики питания растений;
-
Анализ качества минерального питания озимой пшеницы, кукурузы, сорго на черноземе обыкновенном по соотношениям химических элементов в растениях;
-
Исследование взаимосвязи между макро- и микроэлементами в питании растений для оптимизации условий их произрастания;
-
Определение сортовой специфики минерального питания сельскохозяйственных культур на черноземе обыкновенном;
-
Определение особенностей минерального питания озимой пшеницы, кукурузы, сорго с учетом сбалансированности химического состава растений и агрохимических параметров почв;
-
Разработка основы банка данных состава и свойств почв Нижнего Дона;
-
Оценка плодородия почв с учетом их дисперсности.
Научная новизна. Впервые с применением методов многоэлементной диагностики проведена оценка современного состояния плодородия чернозема обыкновенного Нижнего Дона. Разработана комплексная система критериев диагностики эффективного плодородия почв, включающая агрохимические показатели, содержание и соотношение химических элементов в растениях. На новой методической основе выявлена экологическая роль важнейших свойств почв (содержание карбонатов, подвижного фосфора, обменного калия, обменных кальция и магния) в оптимизации питания основных сельскохозяйственных культур. На основании интегрированной системы оперативной диагностики (ИСОД) установлено качество минерального питания полевых культур (озимой пшеницы, кукурузы, сорго). Разработана концепция оперативной сортовой диагностики питания сорго, кукурузы для выявления их адаптивного потенциала и ускоренного отбора лучших генотипов. Представлена база данных содержания и сбалансированности большого числа макро- и микроэлементов в индикаторных органах озимой пшеницы, кукурузы, сорго и методика ее использования для оценки состояния плодородия почв, прогнозирования продуктивности агроценозов. Предложен новый методический подход к созданию банка данных состава и свойств почв Нижнего Дона.
Практическая значимость. Результаты исследований необходимо применять для повышения информативности системы агрохимических показателей почв, контролируемых агрохимслужбой; для корректировки агрохимических картограмм, для определения локальных нормативов почвенных параметров и химического состава растений; для оценки толерантности растений к изменению плодородия почв под влиянием различных факторов, для ускоренного отбора сортов культур по их требованию к почвенным условиям и качеству минерального питания. Они могут быть использованы для разработки адаптивно-ландшафтных систем земледелия, агроэкологической оценки новых технологий выращивания сельскохозяйственных культур; оперативного прогнозирования продуктивности посевов; приемов оптимизации питания растений макро- и микроэлементами. Сформированные базы данных и разработанные нормативы содержания и сбалансированности химических элементов в полевых культурах послужат основой мониторинга качества питания растений.
Внедрена технология сбора и анализа почвенно-агрохимической информации, которая реализована при формировании базы данных состава и свойств почв Южного федерального округа Soil Matrix (Авторское свидетельство на базу данных состава и свойств почв ЮФО, № 2007620035 от 12.01.2007).
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Комплексная система критериев интегрированной диагностики плодородия чернозема обыкновенного Нижнего Дона, включающая агрохимические показатели почв, содержание и соотношение макро- и микроэлементов в растениях.
-
Многоэлементный состав растений сорго, кукурузы для выявления специфических особенностей минерального питания разных сортов и гибридов этих культур.
-
Оптимизация плодородия чернозема обыкновенного на многокритериальной основе с учетом контроля качества питания сельскохозяйственных культур, генезиса почв.
-
Закономерности изменения гранулометрических фракций и их соотношений, являющихся основой банка данных состава и свойств почв Нижнего Дона.
-
Оценка эффективного плодородия почв Нижнего Дона и степени их устойчивости к антропогенному воздействию на основе учета соотношений физическая глина/физический песок, ил/пыль.
Апробация работы. Материалы и результаты работ доложены и обсуждены на региональных научно-практических конференциях (Волгоград,1988; Москва, 2000; пос. Персиановский, 2004; Ставрополь, 2007); Всероссийских конференциях (Москва, 2002, 2003, 2004; Санкт-Петербург, 2011); Международных научных конференциях (Москва, 1997; Калифорния, США, 1997; Вена, Австрия, 1999; Москва, 2001; Пущино, 2001; Ставрополь, 2001; Ганновер, Германия, 2001; Казань, 2003 Ростов – на - Дону, 2004, 2005, 2006; Иркутск, 2006); II, III, IV, V съездах общества почвоведов им. В.В. Докучаева (Санкт-Петербург,1996; Суздаль, 2000; Новосибирск, 2004; Ростов-на-Дону, 2008), XVII, XVIII международном конгрессе почвоведов (Бангкок, Тайланд 2002; США, Филадельфия, 2006).
Научная работа поддержана грантами Министерства образования и науки РФ № 2.1.1/3819 (2008-2011 гг.), РФФИ (2003-2005 гг.); Министерства образования и науки Российской Федерации по научным программам «Университеты России» (2003-2004 гг.) и «Развитие научного потенциала высшей школы» (2006-2008 гг.); ФЦП «Интеграция» (2001 г.).
Реализация результатов исследования. Основные положения разработанной интегрированной диагностики плодородия чернозема обыкновенного при возделывании озимой пшеницы, сорго внедрены в хозяйствах ЗАО «Рассвет» Песчанокопского района, ФГУП «Экспериментальное» Россельхозакадемии и ОАО «Сорго» Зерноградского района Ростовской области на площади 2000 га.
Публикации. Основное содержание и результаты работы изложены в 64 работах, в том числе 13 - в изданиях, определенных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, предложений производству, списка литературы и 35 приложений. Изложена на 310 страницах машинописного текста, содержит 67 таблиц, 46 рисунков. Список литературы включает 348 источников, из них 52 – на иностранных языках.
