Введение к работе
Актуальность проблемы
Центральное Предкавказье характеризуется большим разнообразием природно-климатических условий, почвенного покрова, ландшафтов и достаточно высоким биоклиматическим потенциалом для возделывания сельскохозяйственных культур.
Ландшафты Центрального Предкавказья представлены типичной и байрачной лесостепью с черноземами и серыми лесными почвами, степными и полупустынными пространствами с чернозёмами, каштановыми почвами, солончаками и пятнами песков, субальпийскими и альпийскими лугами Большого Кавказа с горно-луговыми почвами.
В настоящее время накоплен огромный исследовательский материал о состоянии и динамике изменения различных свойств почв, способов повышения их плодородия в Центральном Предкавказье (Докучаев, 1949; Захаров, 1939; Гаврилюк, 1950; Антыков, 1970; Стомарев, 1970; Чернов, 1976; Агеев, 2001; Куприченков, 2002, 2005; Цховребов, 2003; Есаулко, 2006, Джанаев, 2006 и др.). Практически все исследователи отмечают устойчивую тенденцию ухудшения агрохимических, агрофизических, биологических свойств почв. Однако, комплексной системной исследовательской работы по эколого-агрохимической оценке эволюции плодородия почв агроландшафтов Центрального Предкавказья на большой территории и за достаточно длительный период времени вообще не проводилось, хотя известно, что сохранение и повышение плодородия почв - одна из важнейших экологических функций агрохимии (Минеев, 1988). Это новое направление агрохимических исследований нуждается в совершенствовании методологии. Существующие методические подходы к проведению регионального эколого-агрохимического мониторинга состояния и динамики плодородия почв различных агроландшафтов, система оценочных показателей требуют дальнейшего развития с целью выявления закономерностей движения геохимических потоков биогенных элементов и их круговорота.
В связи с этим, необходимо дальнейшее совершенствование подходов и разработка программ и схем опытов изучения эффективности комплексного использования удобрений, регуляторов роста, средств защиты растений с учётом состояния почв, их прямого действия и последействия на плодородие почв, урожай и качество сельскохозяйственной продукции в современных агроландшафтных системах земледелия.
Для решения экологических проблем сохранения почв как незаменимого компонента биосферы важно установить степень эффективности агрохимических приёмов, обеспечивающих сохранение почв и повышение их плодородия, изучить и выявить наиболее эффективные и перспективные из них для реализации в практике сельскохозяйственного производства как в настоящее время, так и в будущем.
Цель работы
На основе системного анализа провести эколого-агрохимическую оценку эволюции почвенного плодородия за 40-летний период, влияния комплекса агрохимических приемов на воспроизводство плодородия почв и круговорот биогенных элементов, продуктивность агроландшафтов Центрального Предкавказья, и на этой основе предложить пути совершенствования методов регулирования плодородия почв в агроценозах, которые могут обеспечить устойчивое развитие сельского хозяйства в условиях рационального природопользования.
Задачи
Исследовать изменения агрохимических свойств почв на основе изучения результатов почвенно-агрохимического обследования сельскохозяйственных угодий в агроландшафтах и определить влияние агрохимических приемов на эти изменения.
Выявить на основе агрохимических методов исследований основные источники, объемы поступления и расхода в агроэкосистемах органического вещества, основных питательных веществ и микроэлементов, оценить их баланс, предложить оптимальные решения по регулированию почвенного плодородия, обеспечению потребности земледелия в удобрительных средствах, химических мелиорантах, не традиционных источников биогенных элементов для повышения плодородия почв в агроландшафтах Центрального Предкавказья.
Оценить уровень адаптации основных сельскохозяйственных культур к воздействию агрохимических средств в агроландшафтах при формировании урожая в опытных и в производственных условиях.
Установить параметры количественного радиологического и токсикологического загрязнения почв и растений под влиянием техногенных нагрузок, пороги экологической безопасности при интенсивном антропогенном воздействии на агроэко систему.
Определить показатели эколого-агрохимического состояния и устойчивости почв агроландшафтов к загрязнению.
Разработать принципы и методологическую основу системы эколого-агрохимического мониторинга плодородия земель сельскохозяйственного назначения агроландшафтов на региональном уровне.
Определить научные принципы создания и функционирования региональной системы обеспечения воспроизводства плодородия почв и сохранения земель сельскохозяйственного назначения.
Научная новизна
Впервые в практике научных исследований выявлены тенденции изменения плодородия почв агроландшафтов и приемов его регулирования за последние 40 лет по семи ландшафтам Центрального Предкавказья: ландшафтам типичных лесостепей, ландшафтам байрачных лесостепей, провинции степных ландшафтов, полупустынным ландшафтам Терско-Кумской и Кумо-Манычской впадины, степным и лесостепным ландшафтам предгорной провинции, лесостепи и остепненным лугам среднегорных ландшафтов.
Показана устойчивая тенденция ухудшения экологического состояния
почвенного покрова и снижение потенциального плодородия почв за указанный период времени.
Установлены основные причины ухудшения эколого-агрохимического состояния почв Центрального Предкавказья.
Определены количественные параметры уменьшения содержания органического вещества за 40-летний период в светло-каштановых, каштановых и темно-каштановых почвах, черноземах южных, обыкновенных.
Исследована многолетняя динамика содержания подвижных форм фосфора, обменного калия, микроэлементов (бора, цинка, меди, кобальта и марганца), установлена определяющая роль оптимальных доз минеральных и органических удобрений в положительном балансе этих элементов в агроценозах.
Изучены и определены способы регулирования азотного режима почв агроландшафтов с применением почвенной и растительной диагностики.
Определены пути повышения плодородия почв и разработаны дифференцированные по агроландшафтам системы удобрений в севооборотах и под отдельные культуры, обеспечивающие существенный рост урожайности пшеницы, кукурузы, сахарной свёклы, подсолнечника.
Произведены мониторинговые исследования содержания тяжелых металлов (Cd, Pb, Ni) и естественных радионуклидов (Cs-137 и Sr-90) в почвах всех агроландшафтов. Установлено, что в почвах региона (за исключением территорий вблизи некоторых промышленных предприятий) и в продукции растениеводства содержание названных тяжелых металлов и радионуклидов не превышает допустимых норм за весь период исследований.
Уточнены оптимальные параметры содержания в почве органического вещества, основных биогенных элементов, физико-химических свойств почвы, что позволило расчётно-балансовым методом определить дозы удобрений на планируемый урожай сельскохозяйственных культур.
В опытах с применением методов почвенно-растительной диагностики выявлены тенденции в изменении порядка минимума питательных элементов и отзывчивость сельскохозяйственных культур на азот и калий на черноземных и каштановых почвах.
Показано, что при проведении ранне-весенней почвенной диагностики на черноземных почвах для оптимизации питания озимой пшеницы азотом необходимо определять содержание фосфора в листьях, запасы нитратного азота и продуктивной влаги в метровом слое почвы, что позволяет прогнозировать урожай и качество зерна с высокой степенью достоверности.
Защищаемые положения:
-
Осуществлён дифференцированный эколого-агрохимический анализ природного и антропогенного влияния на эволюцию плодородия почв исследуемых агроландшафтов Центрального Предкавказья и установлена устойчивая тенденция снижения потенциального плодородия почв в период с 1964 по 2006 г.
-
Главными причинами ухудшения экологического состояния почвенного покрова и снижения потенциального плодородия почв за 40 лет наблюдений являются: нарушение современных систем сухого земледелия; отрицательный баланс большинства биогенных элементов; уменьшение содержания и запасов
органического вещества в почвах; усиление воздействия на почву водной и ветровой эрозии; негативное влияние орошения на почвенный поглощающий комплекс.
-
Темпы уменьшения содержания органического вещества в почвах агроландшафтов различны и зависят не только от типа почвы, а во многом от антропогенной нагрузки. Агроландшафты расположились в следующей последовательности по темпам снижения содержания гумуса: А-7 > А-1 > А-5 > А-3 > А-2 > А-6 > А-4. Почвы по данному показателю образуют следующий ряд: чернозёмы обыкновенные > чернозёмы южные > темно-каштановые > каштановые > светло-каштановые.
-
Динамику фосфатного и калийного режимов почв за длительный период времени предложено оценивать по отношению градиента снижения содержания подвижных форм этих элементов к градиенту их повышения. Это отношение характеризуется как градиент интенсивности изменения количества элемента, свидетельствующий о направленности баланса фосфора и калия в почвах.
-
Регулирование азотного режима почв агроландшафтов необходимо проводить с использованием комплексной почвенной и растительной диагностики.
-
Уточненные оптимальные параметры почвенного плодородия по содержанию органического вещества, фосфора, калия, сумме поглощенных оснований, реакции почвенного раствора, ряду агрофизических свойств позволили разработать дифференцированные по агроландшафтам системы удобрения в севооборотах и под отдельные культуры, которые обеспечивают существенное повышение их продуктивности и повышают устойчивость агроландшафтов.
-
Содержание тяжелых металлов (кадмия, свинца, никеля), а также коэффициенты накопления радионуклидов (Cs-137 и Sr-90) в почвах и сельскохозяйственной продукции не превысили допустимых норм за весь период исследований.
-
Составлена и предложена региональная система обеспечения воспроизводства плодородия почв и сохранения продуктивных земель сельскохозяйственного назначения. Определены основные компоненты региональной системы обеспечения воспроизводства плодородия почв и сохранения продуктивных земель сельскохозяйственного назначения.
Прикладное значение результатов исследований:
Полученные результаты использованы при разработке «Концепции развития агрохимии и агрохимического обслуживания сельского хозяйства Российской Федерации на период до 2010 года», краевого закона от 15 мая 2006 г. № 31-кз «Об обеспечении плодородия земель сельскохозяйственного назначения в Ставропольском крае», краевой целевой программы «Мониторинг плодородия земель сельскохозяйственного назначения Ставропольского края (2002-2005 годы)», целевой программы «Повышение плодородия земель сельскохозяйственного назначения Ставропольского края на 2006-2008 годы».
Материалы исследований используются при подготовке рекомендаций по эффективному применению систем удобрений, чтении курса лекций «Агрохимия» на агрономическом факультете Ставропольского государственного аграрного университета.
Результаты исследований являются научной основой создания комплексных региональных систем обеспечения воспроизводства плодородия почв и повышения продуктивности земель сельскохозяйственного назначения.
Апробация работы
Материалы диссертации доложены и обсуждены на первой международной
научной конференции «Деградация почвенного покрова и проблемы
агроландшафтного земледелия» (Ставрополь, 2001), второй международной
научной конференции «Эволюция и деградация почвенного
покрова» (Ставрополь, 2002), II съезде ДОП (Санкт-Петербург, 1996), V научно-практической конференции «Удобрения и химические мелиоранты в агроэкосистемах» (Москва, 1998), Всероссийской конференции «Антропогенная деградация почвенного покрова и меры её предупреждения» (Москва, 1998), Всероссийской конференции «Научное обеспечение и совершенствование методологии агрохимического обслуживания земледелия России» (Москва, 1999), III съезде ДОП (Суздаль, 2000), научно-практической конференции «Круговорот биогенных веществ и плодородие почв в адаптивно-ландшафтном земледелии России» (Москва, 2000), научно-практической конференции «Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем южных регионов России и сопредельных территорий» (Краснодар, 2000), IV съезде ДОП (Новосибирск, 2004), на заседаниях секции агрохимии РАСХН (2001 ...2006), заседаниях научно-технических Советов краевых органов исполнительной власти агропромышленного комплекса Ставропольского края (1985...2006 гг.), научных семинарах кафедры агрохимии Ставропольского Государственного аграрного университета (2000-2006 гг.), заседаниях кафедры агрохимии Ставропольского государственного аграрного университета (2001-2007 гг.).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 9 монографий и 85 научных статей.
Структура и объем диссертации
