Введение к работе
Актуальность проблемы. Возрастающая потребность и необходимость обеспечения населения России высококачественным продовольствием, а также проблемы экологической безопасности природной среды требуют устойчивого развития сельскохозяйственного производства. Одним из основных условий обеспечения высокой и устойчивой продуктивности земледелия является сохранение и повышение плодородия почв, создание оптимального режима питания сельскохозяйственных культур за счет мобилизации природного потенциала, рационального экологически и экономически обоснованного применения органических, минеральных и известковых удобрений.
С переходом сельского хозяйства России на нерегулируемые государством рыночные отношения применение минеральных удобрений в Тамбовской области снизилось с 213,4 тыс. тонн в 1990 году (97,4 кг/га пашни), до 41,7 тыс. тонн (20,9 кг/га пашни) в 2007 году, а органических соответственно с 652,4 тыс. тонн (3 т/га) до 318 тыс. тонн (0,16 т/га).
Ежегодный вынос питательных веществ сельскохозяйственными культурами в 2,1 раза превышает их возмещение. Более 1,4 млн. га (71,1 %) пашни имеют кислую реакцию почвенной среды, в том числе 61,2% нуждаются в первоочередном внесении фосфорных и 27,5 % калийных удобрений.
С 1883 года содержание гумуса (В.В. Докучаев) снизилось с 10-13 % до 6,4 % в 2004 г. (по данным агрохимической службы), из них сильногумусированных (>7,5%) осталось только 31,0 % от общей площади пашни (Юмашев, 2004). Снижение плодородия почв негативно сказывается на производстве сельскохозяйственной продукции, включая животноводческую, из-за катастрофического недостатка кормов.
В связи с этим разработка приёмов воспроизводства плодородия черноземных почв, повышение эффективности удобрений, урожайности и качества продукции в Тамбовской области при наименьших энергетических затратах и нагрузках на окружающую среду является важнейшей задачей.
Цель исследований - разработать приёмы воспроизводства плодородия черноземных почв и повышения продуктивности сельскохозяйственных культур на основе интегрированного применения различных видов удобрений и известкования кислых почв с учетом природно-экономического потенциала, обеспечивающего экологическую безопасность и экономическую эффективность.
Задачи исследований:
- установить закономерности изменения плодородия чернозёмных почв по материалам сплошного агрохимического обследования почв земель сельскохозяйственного назначения в Тамбовской области за период с 1964 по 2004;
- определить долевое участие азота, фосфора и калия в составе полного удобрения в формировании прибавки урожая основных сельскохозяйственных культур;
- установить связь урожайности озимых культур с обеспеченностью растений азотом и фракциями фосфатов почвы в виде уравнения регрессии;
- изучить влияние разных уровней минеральной, органической и органоминеральной систем удобрения на продуктивность севооборота и на изменения агрохимических, физических и биологических свойств почвы. Выявить роль сидератов и нетоварной части урожая в этом процессе;
- изучить влияние систем удобрения на качество сельскохозяйственной продукции;
- оценить энергетическую и экономическую эффективности рекомендуемых систем удобрения;
- разработать модели определения потребности адаптивно-ландшафтного земледелия Тамбовской области в минеральных и органических удобрениях при экологической безопасности их применения.
Научная новизна. Впервые в Тамбовской области:
- проведено обобщение и анализ результатов периодического сплошного агрохимического обследования чернозёмных почв за 40-летний период; дана комплексная оценка значимости основных агрохимических показателей плодородия (гумусированность, кислотность, содержание подвижных форм макро- и микроэлементов) в формировании урожайности сельскохозяйственных культур;
- определены в условиях сельскохозяйственного производства количественные параметры приходных и расходных статей, баланса азота, фосфора и калия в чернозёмных почвах Тамбовской области за длительный период;
- разработаны оптимальные системы удобрения, обеспечивающие повышение продуктивности полевого севооборота на 42,1-78,5 % при урожайности озимой пшеницы 45,7-56,3 ц/га, сахарной свёклы 417-458 ц/га с высокими показателями качества продукции;
- выявлено долевое участие азотных, фосфорных и калийных удобрений в формировании урожайности сельскохозяйственных культур на различных чернозёмных почвах;
- установлено, что устойчивость растений озимой пшеницы к перезимовке на черноземах во многом зависит от соотношения легкогидролизуемого азота к первой фракции фосфатов, определяемых по Гинзбург-Лебедевой;
- показана количественная зависимость урожайности озимой пшеницы от их соотношения;
- разработаны приёмы повышения плодородия почв в условиях дефицита органических и минеральных удобрений за счёт использования бобовых сидеральных культур и нетоварной части урожая, позволяющих повысить урожайность сельскохозяйственных культур и снизить энергозатраты на 12-16 %;
- разработаны модели воспроизводства плодородия почв и повышения их продуктивности при рентабельности производства - от 27,3 до 79,6 %, или на 29,6-71,3 % выше по сравнению с традиционной системой применения удобрений.
Положения, выносимые на защиту:
- состояние и динамика изменения агрохимических показателей плодородия чернозёмов Тамбовской области, при их сельскохозяйственном использовании;
- влияние применения удобрений на повышение плодородия почв и продуктивность агроэкосистем;
- оптимальное соотношение легкогидролизуемого азота к одноосновным фосфатам – один из факторов влияющих на перезимовку озимой пшеницы;
- роль сидерации в повышении плодородия чернозёмных почв и урожайности сельскохозяйственных культур;
- значение сидеральных паров и нетоварной части урожая, используемой в качестве органических удобрений для улучшения баланса питательных веществ, повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур при остром дефиците органических и минеральных удобрений;
- энергетическая и экономическая эффективность воспроизводства плодородия и повышения продуктивности чернозёмов при интегрированном применении удобрений в адаптивной системе земледелия;
- модели прогнозирования повышения продуктивности и воспроизводства плодородия почв Тамбовской области.
Теоретическая и практическая значимость результатов исследований. Установлены количественные зависимости урожайности сельскохозяйственных культур, качества продукции, баланса макро- и микроэлементов в почве от уровня применения органических и минеральных удобрений. Разработаны оптимальные системы удобрения, позволяющие повысить продуктивность севооборотов за счёт сидерации на 42,1-53,8 %, а с применением минеральных удобрений под сахарную свёклу (N90-120Р90-120К90-120) – на 58,5-78,5 %. Замена 42-45 % чистых паров сидеральными с донником, эспарцетом или люпином при их урожайности 10 т/га и более абсолютно сухих веществ и использование нетоварной части урожая в качестве органических удобрений позволит обеспечить положительный баланс углерода и питательных веществ. Внесение в чистых парах на типичном и выщелоченном чернозёмах под озимую пшеницу минеральных удобрений в дозах, обеспечивающих оптимальное соотношение в почве элементов питания, создаёт благоприятные условия для перезимовки растений, способствует повышению прибавки урожайности этой культуры до 90,1 %, а содержания белка на 2,2%.
Реализация результатов исследований. Основные результаты исследований используются в системе ведения сельского хозяйства Тамбовской области (Тамбов, 1985, 1998, 2010).По результатам работы изданы:
- справочник «Агрохимическая характеристика почв Тамбовской области» (Тамбов, 2004); монография «Почвы Тамбовской области» (Мичуринск-Наукоград РФ, 2006); учебно-методическое пособие «Разработка проекта по системам удобрения в севооборотах» (Мичуринск-Наукоград РФ, 2007); рекомендации «Сидеральный пар» (Тамбов, 2006); практическое руководство по контролю за состоянием посевов озимой пшеницы в Центрально-Чернозёмной зоне (Воронеж, 2006); концепция-прогноз развития животноводства Тамбовской области до 2010 года (Тамбов, 2002); рекомендации по проектированию интегрированного применения средств химизации в ресурсосберегающих технологиях адаптивно - ландшафтного земледелия: инструктивно – методическое издание. – М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2010; рекомендации применения удобрений в интенсивных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур в Тамбовской области (Тамбов, 2010).
Под научно-методическим руководством автора осуществляются эколого-токсикологическое и агрохимическое обследование почв сельскохозяйственного назначения Тамбовской области, проведение краткосрочных и стационарных полевых опытов с удобрениями, разработка проектов по применению удобрений и известкованию кислых почв.
Апробация работы. Основные результаты исследований, научные положения и выводы диссертационной работы доложены на Региональной конференции «Состояние и перспективы развития земледелия, агролесомелиорации и экономики землепользования в АПК ЦЧЗ» в ГНУ НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева (Каменная Степь, 2004); на Международной научной конференции, посвящённой 100-летию со дня рождения П.Г. Адерихина «Чернозёмы Центральной России: генезис, география, эволюция» (Воронеж, 2004); на Международной научно-практической конференции «Проблемы воспроизводства плодородия почв и повышение продуктивности агроэкосистем» (Мичуринск-Наукоград РФ, 2004); на Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы применения удобрений в сельском хозяйстве» (Владикавказ, 2006); на 5-й Межрегиональной научно-практической конференции «Реалии 21 века в свете учений В.И. Вернадского» (Тамбов, 2007); на научно-практической конференции «Современные проблемы отрасли растениеводства и их практические решения» (Мичуринск-Наукоград РФ, 2007); на Международной научной конференции «Агрохимические приёмы рационального применения средств химизации как основа повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур» (М.:ВНИИА, 2007); в ежегодных “Докладах о состоянии и охране окружающей среды на территории Тамбовской области”, Тамбов, 1996-2009гг.
Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликованы 2 монографии, 60 статей, в том числе 20 в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация написана на русском языке, состоит из введения, 7 глав, выводов и предложений производству, изложена на _245_ страницах машинописного текста, включая _26_ рисунков, 47 таблиц. Список литературы включает _326_ наименований, в т.ч. иностранных _14_.