Введение к работе
Актуальность темы. Химизация земледелия является неотъемлемой частью интенсификации сельского хозяйства и призвана обеспечить рост производства, сохранение и улучшение качества сельскохозяйственной продукции, плодородия почвы, повышения эффективности сельскохозяйственного производства путем квалифицированного применения удобрений п других химических средств при переходе на интенсивную технологию возделывания культур, которая должна совершенствоваться применительно не только к отдельным культурам, но и отдельным регионам с учетом почвеппо-климатнческпх условий.
В последние годы в стране наблюдается снижение уровня применения минеральных удобрений и даже стремление обходиться без них с целью удешевить продукцию и вырастить ее экологически безопасной. Такое желание в принципе заслуживает одобрения, но является неприемлемым в стратегическом плане, потому что не позволяет успешно решать проблему сохранения и расширенного воспроизводства плодородия почвы как основы получения высоких и стабильных урожаев с хорошим качеством.
В Центральном Предкавказье в силу вертикальной зональности имеется большое разнообразие почвенноч<лиматических условий, требующее дифференцированного подхода к применению удобрений. Наибольший эффект от удобрений получается при их систематическом применении в севообороте. Однако до сих пор по природным зонам региона не были изучены и установлены наиболее рациональные системы применения удобрений, позволяющие получать высокую продуктивность севооборота п хорошее качество растительной продукции, но возможности сохранять на высоком уровне плодородие почвы, баланс питательных веществ и экономически достаточно эффективно применять удобрения. R этой связи возникла необходимость 'иоведення длительных стационарных полевых опытов в четы-'""х природных зонах региона, направленных на решение проблемы рационального применения удобрений в полевых севооборотах.
Цель и задачи исследовании. Цель работы состояла в теоретическом и экспериментальном обосновании рациональных комбинаций и уровней насыщения удобрениями нолевых севооборотов при интенсивной химизации земледелия в условиях вертикальной зональности Центрального Предкавказья с проведением комплексной оценки в отношении возможности получения высокой урожайности культур и продуктивности севооборотов с хорошим качеством продукции, регулирования плодородия почв, экономической эффективности и экологической безопасности.
Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи в четырех природных зонах:
-
Изучить влияние разных уровней удобрснности на рост, формирование биомассы, урожайность сельскохозяйственных культур и продуктивность севооборотов.
-
Изучить изменение качества 'растениеводческой продукции и потребление питательных веществ культурами в зависимости от плодородия почв и возрастающих доз удобрении в севооборотах.
-
Определить дифференцированный вынос питательных веществ на единицу основной продукции урожая возделываемых в севооборотах культур при разных уровнях применения удобрений, коэффициенты использования питательных веществ из почвы и минеральных удобрении.
-
Рассчитать баланс гумуса и питательных элементов в почвах и наметить пути его улучшения.
-
Выяснить влияние различных уровней насыщения севооборотов удобрениями на некоторые показатели потенциального и эффективного плодородия основных типов почв.
fi. Дать эколого-экономическую оценку эффективности разных систем удобрения в севооборотах.
7. На основании 20-летних исследований нпелпожнть сельскохозяйственному производству Центрального Предкавказья оптимальные дозы и комбинации удобрений с учетом почвенно-климатическнх условий в полевых севооборотах.
Научная новизна. В условиях Центрального Прекавказья на основании 20-летних исследований разработаны и научно обоснованы рациональные системы применения удобрений в полевых севообортах на четырех основных типах и подтипах почв; экспериментально установлена оптимальная насыщенность минеральными и органическими удобрениями на каждой почве, доказана возможность получения при этом среднегодовой продуктивности севооборотов на уровне (ц з. е./га): 58—63 на каштановых почвах и обыкновенных черноземах при орошении, 61 —
65 на выщелоченных и 43—45 на дсрново-глеевых почвах. Установлено, что по оптимальным системам доля участия удобрений в формировании продуктивности составляет (%): па каштановой почве 29—32, обыкновенном черноземе 40—44, выщелоченном черноземе 35—38, дерново-глеевоіі почве 37—40. При движении от степи к горам снижается эффективность фосфор-пых и возрастает эффективность азотных и калийных удобрений. Экспериментально установлена на всех почвах равноценность минеральной п павозо-мпиеральноїі систем (эквивалентных по NPK) по продуктивности севооборотов.
Обоснованы оптимальные параметры содержания NPK в надземной массе ряда культур в ключевые фазы вегетации на обыкновенных черноземах.
Для каждой почвенно-клпматнческон зоны установлены оптимальные дозы удобрении под важнейшие полевые культуры, обеспечившие максимальную урожайность, и изучено влияние их на химический состав, качественные показатели продукции, в том-" числе содержание некоторых тяжелых металлов п нитратов, на основании которых проведены теоретические обобщения п сделаны практические предложения для сельскохозяйственного производства.
По результатам исследований рассчитан баланс гумуса в почвах севооборотов п определена потребность в навозе для бездефицитного баланса гумуса. Выявлено, что дефицит гумуса возрастает при переходе от навозо-мшгеральпых к минеральным системам па всех изучавшихся почвах. Впервые в зональных условиях рассчитан баланс питательных веществ в севооборотах по разным системам удобрения, определена его интенсивность по почвам и культурам, коэффициенты использования питательных веществ из почвы и минеральных удобрений.
Научно обосновано и экспериментально доказано, что рациональное применение удобрений в севооборотах способствует сохранению плодородия, а по некоторым параметрам даже его повышению. Известкование повышает эффективное плодородие дериово-глсевых почв, вызывая снижение потенциального.
Определены параметры содержания некоторых тяжелых металлов в почвах региона, загрязненность продукции и почв большинством из которых увеличивается от каштановых почв к дерново-глеевым.
Экологическая опасность отмечается в отношении накопления в верхних слоях дерново-глеевых почв марганца, цинка, хрома и свинца. Наблюдается тенденция увеличения во времени концентрации железа, марганца, меди, никеля, титана и циркония.
Основные положення, выносимые на защиту
-
Обоснование оптимальных доз, комбинации и общей насыщенности нолевых севооборотов минеральными и органическими удобрениями по вертикальным зонам Предкавказья, обеспечивающих высокую урожайность сельскохозяйственных культур и продуктивность севооборотов.
-
Основные показатели качества продукции, включая экологические ограничения, в зависимости от вертикальной зональности почв и изучавшихся систем удобрений.
-
Уточнение дифференцированных по вертикальной зональности выносов питательных веществ урожаями основных с.-х. культур, коэффпцнентсв использования питательных веществ из почв и минеральных удобрении, балансов гумуса и питатель-пых элементов при изучавшихся системах.
-
Теоретическое и экспериментальное обоснование изменений основных агрохимических свойств почв в зональном разрезе при изучавшихся дозах, комбинациях и насыщенности удобрениями севооборотов.
-
Эколого-экономнческая оценка рационального применения удобрении в севооборотах изучавшихся почвеппо-климати-ческих зон Центрального Предкавказья.
Практическая ценность. На основании проведенных исследований разработаны и внедрены в производство четырех природных зон Центрального Предкавказья рекомендации по рациональному применению удобрений в полевых севооборотах, позволяющие значительно повысить урожайность возделываемых культур, сохранить, а в большинстве случаев улучшить качество получаемой продукции без ухудшения экологической ситуации для человека и животных, свести к минимуму снижение плодородия почв, а по некоторым показателям (запасы гумуса, азота, фосфора, подвижные формы NPK) приблизиться к сохранению или повышению.
Фактические результаты балансов гумуса и питательных элементов в севооборотах за 20 лет позволяют прогнозировать изменения в плодородии почв и, следовательно, с помощью органических и минеральных удобрений регулировать эти процессы.
Уточнены в условиях вертикальной зональности выносы питательных веществ урожаями основных сельскохозяйственных культур, коэффициенты использования питательных веществ из почвы и минеральных удобрений, которые могут быть использованы специалистами для расчета доз, комбинаций и на-
сыщешюстп удобреннями па запланированную урожайность
культур, выращиваемых на соответствующих почвах. '
Материалы диссертации включены в рекомендации по оптимальным дозам и соотношениям NPK, срокам п способам применения удобрении под важнейшие сельскохозяйственные культуры региона: озимую пшеницу, кукурузу па зерно и силос, подсолнечник, картофель, многолетние бобовые травы в зависимости от почвспно-климатнческнх условий. Полученные в исследованиях оптимальные параметры содержания в листьях растений азота, фосфора и калия необходимы для коррекции доз удобрении в подкормках с целью повышения качества получаемой продукции.
Полученные сведения по содержанию тяжелых металлов в почвах помогут производителям сельхозпродукции п природоохранным органам ужесточить меры против загрязнения окружающей среды со стороны промышленных и транспортных организаций и будут противодействовать негативному отношению к минеральным удобрениям, обеспечивая экологически безопасное длительное применение их в севооборотах.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований использованы при разработке рекомендаций по применению удобрений в севоборотах Северо-Осетипскон АССР, (Краснодар, 1977), по повышению плодородия почв в республике (Орджоникидзе, 1981), при разработке систем ведения сельского хозяйства в Северной Осетии и Чечено-Ингушетии (Орджоникидзе, 1980; Владикавказ, 1991), системы земледелия COAGCP (Орджоникидзе, 1987), рекомендаций по применению систем удобрения в севооборотах (Орджоникидзе, 1986), практического руководства по интенсивной технологии возделывания кукурузы па орошаемых землях Северной Осетии (Орджоникидзе, 1989), разработке норм расхода известковых материалов лля сдвига реакции почвенной среды до оптимального уровня (Москва, 1986). Опыты зарегистрированы в каталоге длительных опытов по изучению комплексного применения удобрений и других средств химизации в интенсивном земледелии (ВИУА, М., 1989).
Результаты научных исследовании широко внедрялись в хо-шйствах ряда районов Республики Северная Осетия и Кабар-unio-Балкарскоі'і Республики, использовались Министерством ельского хозяйства РСО при распределении фондов минеральных удобрении, а также в рекомендациях по использованию 'добренпй (справка о результатах внедрения "научных разработок, подписанная министром с. х. СОССР).
Содержащийся в работе материал используется в учебном процессе кафедры агрохимии Горского госатроуниверснтета при чтении лекциіі и проведении лабораторно-практическнх занятии по агрохимии, курсовом и дипломном проектировании, вошел п методические указания кафедры по выполнению курсовоіі работы по разработке системы удобрения в севообороте.
По материалам исследовании получены авторские свидетельства на изобретения: «Способ возделывания овощных культур по озимым колосовым», а. с. № 1724061 в соавторстве; «Способ удобрения культур севоборота», патент № 1761021; «Способ возделывания сельскохозяйственных культур на склоновых землях», патент № 1771398 в соавторстве; «Способ выращивания с.-х. культур в условиях загрязнения почвы тяжелыми металлами», патент № 1773317; «Способ возделывания картофеля в севообороте», а. с. № 1811770.
Апробация работы. Результаты исследовании докладывались на научно-производственных конференциях Горского СХИ (ныне Горского ГАУ) в течение 1972—1994 гг., республиканской научно-производственной конференции «Повышение плодородия почв в республике» (Орджоникидзе, 1981); Международном конгрессе по минеральным удобрениям (Москва, 1976), всесоюзных совещаниях по итогам работы Географической сети опытов с удобрениями (Белгород, 1977; Горький, 1984; Москва, 1986), всесоюзної! школе молодых ученых и специалистов по актуальным вопросам химизации сельского хозяйства (Минск, 1979, 1983), V зональной конференции молодых ученых и специалистов с. х. Западной Сибири (Тюмень, 1980), всесоюзном совещании по регулированию плодородия почв, круговорота и баланса питательных веществ в земледелии СССР (Пущнио, 1981), Координационном совещании по заданию 03.05... в Почвенном институте им. Докучаева (Москва, 1976), третьей всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых по проблемам кукурузы (Днепропетровск, 1981, 1985, 1987), областной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов сельского хозяйства (Тюмень, 1983), научной конференции по проблемам рационального использования природных и социально-экономических ресурсов Северного Кавказа в СОГУ (Орджоникидзе, 1989), научно-практической копферен ции молодых ученых в Ставропольском СХИ (Ставрополь 1989), межвузовской научно-практической конференции в Став ропольском СХИ (Ставрополь, 1991), IV и V Севсро-Кавказскоі региональной межвузовской студенческой конференции в СОП (Владикавказ, 1991, 1992), 1-й Международной конференції] «Экологические проблемы горных территорий» (Владикавказ
1992) научно-практической конференции, посвященной 20-летнему юбилею СКІШИГПСХ (Владикавказ, 1932), юбилейной научно-производственной конференции ГГАУ (Владикавказ, 1993).
Автором опубликовано всего 150 научных работ, из них но теме диссертации 108, в том числе 5 авторских свидетельств, 1 монография лично н 6 в соавторстве. Для практического пользования выпущено через Северо-Осетинскнй ЦЫТИ 19 информационных листков. Общий объем опубликованных работ составляет 120 п. л., по теме диссертации — 76,9 н. л.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и предложений производству. Работа изложена па 488 страницах машинописного текста, содержит 94 таблицы и 18 рисунков. Список использованной литературы включает 706 работ, из них 52 иностранных авторов (81 страница). Приложения изложены на 118 страницах и содержат 107 таблиц. Основной текст диссертации изложен па 295 страницах.