Введение к работе
Актуальность проблемы. Современные требования к земледелию заключаются в необходимости интенсификации с целью увеличения производства сельскохозяйственной продукции экологически безопасной. Но часто интенсификация осуществляется методами широкого применения химизации, интенсивных почвенных обработок с высокой пестицидной нагрузкой, приводящими к снижению плодородия, ухудшению качества продукции, дефициту органического вещества и снижению биоразнообразия в почве. Это нарушает естественный баланс биогеосистемы и для поддержания ее в относительном равновесии требуется затрачивать все больше и больше сил, энергии и труда. Такой путь интенсификации ведет в экологический тупик. Это подтверждается многими исследователями.
Изменение в неблагоприятную сторону структурных взаимосвязей между свойствами почв, а также между процессами и режимами приводит к меньшей эффективности использования антропогенных вещества и энергии, к неадекватности ответных реакций почв на внешние воздействия, к нарушению процессов саморазвития почв, к разбалансировке системы и, в конечном итоге, к уменьшению ее долговечности и надежности, к интенсивной деградации [Савич и др., 2005].
Минеральная система удобрения не оправдана с энергетической точки зрения, так как она приводит к снижению содержания органического вещества почвы [Стадник, 2005].
Другой путь для интенсификации земледелия – максимальное применение в первую очередь легковозобновляемых биоресурсов, обеспечивающих устойчивость экосистемы, восстановление и расширенное воспроизводство плодородия, положительный баланс энергии. Это определяет высокую окупаемость антропогенных затрат.
Органическому веществу (ОВ) в системе агроценозов принадлежит главная роль. Растительные остатки, солома, сидераты, урожай, частично использованный в животноводстве и возвращенный в почву в виде органических удобрений (ОУ), - все это рационально организованный круговорот питательных веществ растений и поток энергии в конкретной системе земледелия. Чем больше по объему круговорот веществ и поток энергии, чем правильнее (теоретически и технологически) они организованы, тем выше эффективность системы земледелия и производительнее агроландшафт в целом [Еськов с соавт., 2000, Лыков с соавт., 2004 и др.].
Чтобы обеспечить максимальную продуктивность агроландшафтов, соблюдая принципы экономической и экологической целесообразности мероприятий по поддержанию (созданию) системы, необходим баланс фитофильных веществ, непрерывность поступления достаточного количества энергии и распределение потоков информации. Это предполагает создание и поддержание регулируемого равновесия и системной сбалансированности режимов и процессов в агроландшафте, что требует детального изучения и анализа возможности широкого применения возобновляемых биоресурсов в местных условиях.
Цель работы – разработать и обосновать пути достижения бездефицитного (или положительного) баланса почвенного органического вещества применением легковозобновляемых биоресурсов в системах земледелия, адаптированных к природным особенностям ландшафтов подтаежной зоны Сибири на примере Томской области.
Задачи: - сделать анализ почвенного покрова и климатических условий подтаежной зоны в границах Томской области, как агроэкологического ресурса земледелия;
- оценить структуру использования сельхозугодий и баланс органического вещества в почвах, проанализировать возможности его воспроизводства применением органических удобрений и биоресурсов и определить пути достижения бездефицитного (или положительного) баланса органического вещества;
- исследовать местные ресурсы органических удобрений с целью их рационального использования в достижении бездефицитного (или положительного) баланса почвенного органического вещества и в продукционном процессе;
- дать сравнительную оценку биологических особенностей различных видов сидеральных культур, их влияние на плодородие серой лесной почвы, активность микрофлоры, фитосанитарное состояние и урожайность зерновых; разработать и обосновать приемы и способы применения сидератов в подтаежной зоне;
- исследовать систематическое применение соломы зерновых в качестве удобрения: сроки внесения; совместно с минеральными удобрениями и сидератами; влияние ее на агрохимические, микробиологические и физические свойства серой оподзоленной почвы, распространение корневых гнилей, урожайность зерновых и качество зерна пшеницы;
- изучить влияние продуктов вермикомпостирования в сравнении с торфо-навозной смесью и навозом: на агрохимические и микробиологические свойства серой лесной почвы; на рост и урожайность сельскохозяйственных культур и качество картофеля;
- систематизировать данные полевого опыта длительного последействия мелиоративных доз торфа, полученные в период 1988-2004гг и продолжить исследования его влияния на агрохимические и физические свойства, гумусное состояние серой лесной почвы, урожайность сельскохозяйственных культур;
- обосновать экономическую эффективность возобновляемых биоресурсов и новых способов их применения в земледелии подтаежной зоны Западной Сибири.
Научная новизна. Впервые проведена комплексная оценка местных возобновляемых биоресурсов и их влияния на гумусное состояние, агрофизические и агрохимические свойства серых лесных почв и продуктивность сельскохозяйственных культур в подтаежной зоне Западной Сибири.
Показано, что системообразующим началом при разработке и внедрении адаптивно-ландшафтных систем земледелия в подтаежной зоне для всех звеньев и уровней интенсификации является воспроизводство органического вещества в агроландшафтах в первую очередь применением легковозобновляемых биоресурсов.
Впервые для серых лесных почв Томской области определено влияние видов сидератов, внесения соломы и способов их совместного применения на агрохимические свойства, пул и состав микрофлоры, физиологическую и биологическую активности почвы, распространение корневых гнилей. Изучены продуктивность и биологические особенности ряда сидеральных культур и сегетальной флоры в агроценозах, закономерности формирования надземной и подземной биомассы клевера красного в подтаежной зоне.
Исследовали влияние продуктов вермикомпостирования на урожайность сельскохозяйственных культур и качество урожая в сравнении с торфо-навозной смесью и навозом на серых оподзоленных почвах.
Установлено, что ряд агроприемов и рекомендаций для других регионов требуют адаптации к местным почвенно-климатическим особенностям подтаежной зоны Сибири.
Изучены эффективность длительного последействия (до 22 лет) мелиоративных доз торфа и систематического внесения соломы за 10 лет на серых лесных почвах под сельскохозяйственные культуры.
Разработаны для условий подтаежной зоны новые ресурсосберегающие приемы и способы улучшения гумусного состояния почв применением местных биоресурсов.
На защиту выносятся: 1. Использование возобновляемых биоресурсов обеспечивает бездефицитный (или положительный) баланс органического вещества в серых лесных почвах агроландшафтов подтаежной зоны Западной Сибири.
2. Комплексное применение возобновляемых биоресурсов в адаптивно-ландшафтных системах земледелия подтаежной зоны Западной Сибири позволяет повышать урожайность сельскохозяйственных культур, потенциальное почвенное плодородие и биоразнообразие, а также экономическую эффективность земледелия.
3. Новые способы применения возобновляемых биоресурсов, обеспечивающие сохранение и повышение плодородия почв, являются ресурсосберегающими.
Теоретическая и практическая значимость. Теоретически обоснованы проблемные противоречия, связанные с дефицитным режимом органического вещества в пахотных почвах и пути их разрешения при разработке, внедрении и развитии новых адаптивно-ландшафтных систем земледелия в условиях подтаежной зоны Западной Сибири.
Разработаны эффективные приемы применения биоресурсов в условиях подтаежной зоны, обеспечивающие сохранение и повышение плодородия почв агроценозов, а также снижающие общие основные затраты на применение органических удобрений до 40%.
Разработан способ обогащения почвы биомассой подсевного клевера красного первого года жизни совместно с соломой, позволяющий снизить затраты на 1т внесенных органических удобрений на 16-24%, повысить урожайность зерновых на 16% и окупаемость затрат в 2 раза (Патент на изобретение №2401528).
Полученные новые экспериментальные данные применения биоресурсов и органических удобрений в местных условиях природно-географических особенностей агроландшафтов являются основой для комплексного подхода к разработке и внедрению адаптивно-ландшафтных систем земледелия в подтаежной зоне Сибири.
По результатам исследований разработаны рекомендации, используемые в производстве: «Применение соломы зерновых культур на удобрение в Томской области» (2005); «Стратегия и тактика полевых работ 2006 года в Томской области» (2006); «Солома зерновых и зеленое удобрение» (2006); «Тактика комплекса осенних полевых работ в Томской области в 2006 году» (2006); «Применение стимулятора роста растений гуминовой природы из торфа в сельском хозяйстве Томской области» (2006); «Секреты живых гряд (о вермикультивировании)» (2006); «Рекомендации по проведению комплекса весенних полевых работ 2007 года в Томской области» (2007); «Агротехнические рекомендации возделывания сельскохозяйственных культур в Томской области 2009 года»; «Полевые работы в Сибири в 2009 году»; «Проведение весенних полевых работ в Томской области в 2010 году», «Основы биологизации земледелия в подтаежной зоне Западной Сибири» (2010).
Апробация результатов исследований. Материалы исследований докладывались ежегодно на научно-техническом совете специалистов сельского хозяйства Томской области в 2000-2010гг.; на конференциях в г. Новосибирске, 1999г.; в г. Барнауле, 2000г.; на выездной сессии Ученого совета СО РАСХН в г. Абакане, 2001г.; на конференциях: памяти Д.Н. Прянишникова в г. Улан-Уде, 2002г., «Научно-образовательный комплекс – сельскому хозяйству» в г. Томске, 2003г., «Агрохимия: наука и производство» в г. Кемерово, 2004г.; на семинаре почвоведов в ИПА, г. Новосибирск, 2005г.; на международной конференции «Биологические источники элементов минерального питания растений» (3 Сибирские Прянишниковские чтения) в г. Омске, 2006г.; на заседаниях Ученых советов: СибНИИЗХим, г. Краснообск, 2002, 2008гг., СибНИИСХиТ, г. Томск, 2006-2010 гг.; на координационном совете ВНИИА (задание РАСХН 02.03), г. Москва, 2008г.; на международных конференциях: в г. Омске (к 100-летию со д.р. А.Е. Кочергина), 2008г., (Проблемы малоплодородных земель)-2009г., в г. Барнауле, 2009г, в г. Новосибирске (4-е Сибирские Прянишниковские чтения), 2010г., в г. Томске (ТГУ), 2010г.
По материалам исследований опубликовано 58 научных работ, в том числе 10 – в рецензируемых источниках, патент на изобретение, монография и 11 рекомендаций.
Вклад автора в разработку проблемы. Диссертационная работа написана на основании постановки и проведения исследований в серии вегетационных и полевых опытов: 3-х стационарных многолетних и 7 краткосрочных (повторяемых до трех лет в действии и последействии).
Автору принадлежит анализ почвенно-климатических условий и режима органического вещества в пахотных почвах Томской области, выявление актуальных противоречий в режиме ОВ агрогеоценозов и путей их разрешения применением биоресурсов в подтаежной зоне на примере Томской области, разработка программы исследований и ее реализация на всех этапах НИР: в полевых и лабораторных исследованиях, обработке и обобщении информации.
Диссертационная работа выполнена при реализации: - конкурсных заданий Администрации Томской области (в 1999-2003гг.) по изучению соломы и сидератов (автор – ответственный за исполнение) и по разработке адаптивно-ландшафтных систем земледелия (в 2004-2008гг. участие автора в творческом коллективе); - НИР по заданиям Россельхозакадемии (где автор был ответственным за исполнение): на период 2001-2005гг. - тема-07.02. (автор – продолжал и заканчивал исследования в 2004-2005гг.); на период 2006-2010гг. две темы -02.03. и -02.04. (автор – научный руководитель).
Автор выражает глубокую признательность за помощь в работе и ценные консультации д.с.-х.н. Э.В. Титовой, д.с.-х.н., проф., академику РАСХН А.Н. Власенко, д.с.-х.н. Л.Ф. Ашмариной, к.с.-х.н. Е.Д. Кондратьевой, д.с.-х.н., проф. Л.М. Бурлаковой, д.с.-х.н., проф. О.И. Антоновой, д.с.-х.н. В.И. Усенко, д.б.н. И.Н. Шаркову, д.б.н. В.Н. Якименко, д.с.-х.н., В.Н. Пакуль благодарен за участие в исследованиях Е.А. Сиротиной, Л.В. Петровой, д.б.н. Н.Н. Терещенко, к.х.н. Л.В. Касимовой, А.В. Кравец, к.с.-х.н. О.В. Порываевой, а также сотрудникам ГНУ СибНИИЗХим СО Россельхозакадемии за предварительную экспертизу материалов диссертации и конструктивное рассмотрение на Ученом совете.
Структура и объем работы. Диссертация объемом 382 страницы, состоит из введения, 8 глав, выводов, 12 приложений и списка цитируемой литературы из 333 источников, в т.ч. 9 иностранных. Диссертация иллюстрирована 93 таблицами, 50 рисунками.
