Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы. Агроэкологическая оценка использования сельскохозяйственных угодий 8
1.1 Проблема агроэкологического районирования 8
1.2 Адаптивное землеустройство и севообороты 14
1.3 Проблемы управления плодородием почвы 26
1.4 Сохранение и повышение плодородия почвы 39
1.5 Принципы и технологии конструирования адаптивных агроэкосистем и агроландшафтов 42
2 Условия и методика проведения исследований 47
2.1 Почвенные условия 47
2.2 Климат и погодные условия 2001-2003 г.г 48
2.3 Краткая характеристика сортов и гибридов 50
2.4 Методика проведения исследований 54
3 Результаты исследований 58
3.1 Агроэкологическая и агрохимическая характеристика землепользования 58
3.2 Фенология кормовых культур на склонах с разной экспозицией 68
3.3 Влияние экспозиции склонов на урожайность сельскохозяйственных культур 72
3.4 Структура урожая кормовых культур в зависимости от условий выращивания 76
3.5 Динамика накопления сухого вещества 81
3.6 Продуктивная влага и динамика ее использования 86
3.7 Качество продукции 90
3.8 Биоэнергетическая эффективность производства кормовых культур 94
Выводы 99
Предложения производству 101
Список использованной литературы 102
Приложения 115
- Проблема агроэкологического районирования
- Почвенные условия
- Агроэкологическая и агрохимическая характеристика землепользования
Введение к работе
Актуальность темы. Используемые в настоящее время площади полей, в основном, представляют собой пригодные для более интенсивного производства, с повышенным потенциальным плодородием земли. Однако, поля севооборотов, их рабочие участки характеризуются значительной пестротой почвенного плодородия (реакция почвенного раствора, содержание гумуса и основных элементов минерального питания и др.), что обусловлено особенностями рельефа, почвы, погодных условий. Вариабельность этих показателей достигает 30 и более процентов (Личман, 2006), что, естественно, влияет на урожайность сельскохозяйственных культур, эффективность технологий, особенно систем удобрений и защиты растений от сорняков, болезней и вредителей.
В некоторых областях Нечерноземной зоны накоплена солидная информация об агрохимических свойствах почвы, особенностях рельефа землепользования в масштабах рабочих участков, полей севооборота, в целом по хозяйствам. Но такой материал не проанализирован, а главное, не проводились полевые исследования по влиянию особенностей условий выращивания на продуктивность сельскохозяйственных культур, на базе которых возможно конструирование экологически устойчивых агроландшафтов по принципу их большего биологического разнообразия с применением геоинформационных систем (Сычев, 2006).
Главное преимущество применения геоинформационной системы (ГИС) заключено в возможности объединения разнородных данных на основе географической (пространственной) информации. Возможность удобного поиска объектов по географическому или другому пространственному признаку, поиск объекта в базе данных по значениям его атрибутов с последующим определением его местоположения на карте или схеме делают геоинформационные системы незаменимыми и актуальными при создании современных информационных технологий, динамично развивающихся в настоящее время. Выход ГИС технологий из традиционных рамок и интеграция в них целого комплекса задач (экспертные системы, графические интерфейсы к традиционным базам данных и др.), наглядность картографического представления пространственно распределенных данных и многое другое делают их универсальным средством в едином образовательном пространстве.
Цель исследований. Оценить агроэкологическое состояние почв и технологии производства кормовых культур на дерново-подзолистых супесчаных почвах северной агроклиматической зоны Рязанской области с применением геоинформационных технологий и разработать приемы их более эффективного использования.
Задачи исследований:
На основе данных почвенного и агрохимического обследования землепользования СПК "Мурминский" Рязанского района Рязанской области, используя методы статистической обработки, сделать анализ степени пестроты почвенного плодородия по его основным элементам - содержанию гумуса, гидролизуемого азота, подвижного фосфора, обменного калия, кислотности.
Используя материалы аэрофотосъемок и методику формирования данных для геоинформационной системы получить рельефную характеристику полей севооборотов и подобрать земельный участок по экспозициям и уклонам для проведения полевых исследований.
Изучить влияние экспозиции склона на продуктивность кормовых культур, элементы их продуктивности, качество урожая, агроэкологические особенности условий выращивания в СПК «Мурминский».
Разработать рекомендации по совершенствованию агроэкологиче-ской оценки дерново-подзолистых почв и агроэкологического районирования кормовых культур.
Провести биоэнергетическую оценку производства кормовых культур при их выращивании на склонах разных экспозиций.
Научная новизна исследований. Материалы почвенных и агрохимических обследований землепользования, типичного для первой агроклимати- б ческой зоны сельхозпредприятия, впервые подвергнуты статистическому анализу на основе ГИС технологий, в результате чего выявлены четко выраженная дифференциация основных элементов плодородия не только по полям, но и особенно по элементарным участкам, что делает весьма актуальной проблему более детального почвенного, агрохимического обследований и аг-роэкологического районирования культур и сортов в зависимости от рельефных и агрохимических особенностей участка и биологических требований растений.
Впервые на дерново-подзолистых супесчаных почвах проведены полевые опыты с выращиванием кормовых культур на склонах разной экспозиции. Размещение кукурузы на южных склонах увеличивает урожайность и качество продукции, повышает их более высокие показатели стабильности. Ячмень и однолетние травы предпочтительнее выращивать на плато и склонах с северной экспозицией.
Показано, что на бедных дерново-подзолистых супесчаных почвах северной зоны Рязанской области при средних дозах минеральных удобрений (Ы60РбоКбо) биоэнергетические показатели полевого кормопроизводства достаточно высокие, что в сочетании с луговым пойменным кормопроизводством позволит вести эффективное молочное животноводство.
Практическая значимость. Проведенные исследования показали, что при очень сильной дифференциации почвенного плодородия набор культур в севооборотах должен быть по возможности максимально разнообразным. Размещение культур следует проводить с учетом экспозиции склонов, т.е. поля севооборотов должны быть сборными. Возделываемые сорта сельскохозяйственных культур должны быть биологически более разнообразными, особенно по устойчивости к засухе, полеганию, зимостойкости. При наличии такого их ассортимента хозяйство имеет возможность рационального размещения полей севооборота в соответствии с особенностями рельефа и биологическими требованиями растений.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на засе- даниях Ученого Совета ВНИМС (2003, 2004 гг.); научных конференциях Рязанской Госсельхозакадемии им. П.А. Костычева (2004, 2005 гг.); на IX Международной научно-практической конференции в ВИМе "Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хо-зяйстве"(2006 г.), на XIV-й научно-практической конференции в ГОСНИТИ "Научно-технический прогресс в инженерной сфере АПК России - методология и практика оказания интеллектуальных услуг сельскохозяйственному производству" (2006 г.); использовались при подготовке информационных и директивных документов МСХ Российской Федерации (Гордеев А.В. и др. "Биоклиматический потенциал России: теория и практика". М. 2006).
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 129 страницах компьютерного текста, включает введение, три главы, содержит 25 таблиц. Приложение на 14 страницах.
Список использованной литературы состоит из 148 наименований, в том числе 10 на иностранном языке.
Проблема агроэкологического районирования
Проблема агроэкологического районирования сельхозугодий особенно актуальна в настоящее время. При ее решении в качестве главного объекта исследований должна рассматриваться специфика возделываемых растений, а особенности почвы, климата, рельефа и других факторов внешней среды следует изучать только по отношению к ним, а не наоборот. Климатические условия, физические и химические характеристики почвы представляют интерес лишь тогда, когда известны требования, предъявляемые им растением.
В основе агроклиматического районирования территории лежит генетическое почвоведение В.В. Докучаева, давшее мощный импульс развитию таких важных для практики сельского хозяйства направлений, как почвенная микробиология и зоология, зональная агротехника, агрохимия, агроэкология, землеустройство. Это позволило разработать методы геоботанического районирования территории, при которых в качестве основного показателя используются признаки самого растительного покрова, а типы почвы и компоненты климата играют вспомогательную роль (Жученко, 1990).
Земледельцы по видовому составу растений еще с давних времен судили о «признаках хлебной нивы» и «свойствах почв». Крестьяне четко подразделяли пашню на пшеничную, овсяную, картофельную и т.д.
Академик П.Л. Гончаров (1992) писал, что история земледелия знает немало примеров, когда человек вначале создавал проблемы, а затем с меньшим успехом преодолевал последствия своих неумелых действий. Здесь же П.Л. Гончаров ссылается на советы Вергилия, сделанные еще в I веке до нашей эры, что прежде чем взяться за дело, надо познать: "Дедовский также прием и обычай местности данной, что тут земля принесет и в чем земледельцу откажет".
Основоположниками зональной агрономии, сельскохозяйственного районирования, конструирования агроэкосистем справедливо считают великих русских ученых - В.В Докучаева, Д.И. Менделеева, П.А. Костычева. В.В. Докучаев (1900) подчеркивал, что основные направления сельского хозяйства должны создаваться как строго зональные, до мелочей приспособленные к физико-географическим, историческим и экономическим особенностям данной зоны. «Разумную организацию территории» В.В.Докучаев видел в «возможно правильном соотношении между пашней, водой, лесом, лугами и другими хозяйственными угодьями».
При агроклиматическом районировании очевидна необходимость учета климата, влияющего на зональность, динамику и взаимосвязь жизненных процессов. Учеными доказано, что ареал растительности, как правило, определяется температурным режимом и режимом влажности. Однако используемые при агроклиматическом районировании фоновые данные о средней сумме активных температур или осадках имеют лишь не всегда четкую корреляцию с урожайностью, поскольку величина и качество урожая каждого культивируемого вида растений зависят не столько от усредненных параметров окружающей среды, сколько от характера их распределения в течение вегетации и даже суток. Оценка климата и погодных условий для целей сельского хозяйства должна проводиться по отдельным культурам, поскольку универсальные климатические характеристики не позволяют судить о той действительной роли, которую играют факторы внешней среды в жизни растений (Селянинов, 1928, Мартынов, 1968).
Мировой опыт геоинформационных систем для учета и оценки земель имеет 40-летнюю историю. В настоящее время все экономически развитые страны и большинство ориентированных на эффективное сельскохозяйственное производство развивающихся стран переходного типа экономики имеют хорошо развитые национальные геоинформационные системы земельных ресурсов, выполненные, как правило, в мелком и в среднем масштабе (Кирюшин, Иванов, 2005, Agro-ecological zoning. FAO. 1996, Land Information Systems, 1998).
В работах И.А. Стебута (1882), Дж. Ацци (1932), Т.С. Мальцева (1971) и многих других было доказано, что именно специфические требования культивируемых растений к условиям окружающей среды выступают в качестве определяющего фактора сельскохозяйственного районирования территории, тогда как почва, климат и другие факторы должны учитываться в системе взаимодействия «растение-среда». Д.Н. Прянишников (1952) подчеркивал: «То, что для одного растения будет недоступно и будет относиться только к «богатству» почвы, для другого, более активного, окажется усвояемым и будет в этом случае определять плодородие почвы». Н.И. Вавилов (1934, 1940) особо подчеркивал, что в условиях нашей страны «все большую и большую значимость представляет правильное районирование видов и сортов культурных растений...». Сочетая естественно-исторический и эко-лого-географический подходы, Н.И. Вавилов рассматривал агроэкотипы как результат длительного воздействия среды и отбора.
О необходимости адаптивного подхода к использованию сельскохозяйственных угодий указывали крупнейшие ученые-аграрники (Кирюшин, 1991).
Так Н.И. Вавилов (1987) подчеркивал исключительную важность для нашей континентальной страны коренного изменения географии земледелия, продвижения его в более северные, достаточно увлажненные зоны. По его словам, урожайность яровых культур в более северных районах была на 25-30% выше, чем в южных.
О большей устойчивости земледелия при его "осеверении" в европейской части России свидетельствуют и данные В.А. Ковды (1981), согласно которым среднее число засух в столетие в зоне южных степей составляет 30-40, типичных степных черноземов - 10-30, серых лесных почв - 10-15, а подзолистых - 2-4. С продвижением земледелия на север все большую роль играет подбор соответствующих культур и скороспелых сортов, а также дифференцированное использование особенностей местных климатических, погодных и почвенных условий. Неадаптивное размещение сельскохозяйственного производства в нашей стране привело к тому, что территориальные различия в себестоимости сельскохозяйственных культур и продуктов животноводства достигали 4-10-кратных величин.
Учитывая вышеизложенное, в России, Германии, Италии и других европейских странах оценка (бонитировка) почв уже с XIX столетия проводилась преимущественно по урожайности сельскохозяйственных культур, а методика бонитировки, предложенная Почвенным институтом им. В.В. Докучаева в 1971 г. и базирующаяся на использовании показателей как урожайности, так и наиболее устойчивых свойств почв, коррелирующих с урожайностью, получила наибольшее распространение (Жученко, 1990). Агроэкологическая оценка пахотных почв детально разработана Д.С. Булгаковым (2002).
Почвенные условия
Почвенный покров Рязанской области представлен 27 типами почв. Дерново-подзолистые почвы находятся в северной агроклиматической зоне области занимают 205,3 тыс. га. Они развиты на водно-ледниковых и древне-аллювиальных песках и изредка встречаются на суглинистой морене; занимают водоразделы и пологие склоны, имеют различную степень смытости /Адаптивно-ландшафтная система ... ,2000/.
Все дерново-подзолистые почвы относятся к категории легких. Сверху они имеют гумусный горизонт светло-серой окраски, со слабо выраженной структурой и мощностью до 20 см, ниже залегает белесый подзолистый горизонт, обогащенный кремнеземом и обедненный элементами питания. Еще ниже расположен желто-бурый уплотненный иллювиальный горизонт различного строения, постепенно переходящий в почвообразующую породу.
Дерново-подзолистые почвы подразделяются на три вида: дерново-слабоподзолистые с мощностью гумусного горизонта 15-20 см и содержанием от 0,8 до 2% гумуса; дерново-среднеподзолистые (гумусный горизонт 10-15 см; содержание гумуса 1,0-2,5%), дерново-сильноподзолистые (гумусовый горизонт 7-10 см, содержание гумуса 1,0-2,0%) (Мажайский, Захарова, 2006).
Все виды подзолистых почв нуждаются в органических удобрениях и сидерации. Очень эффективно здесь применение минеральных удобрений.
СПК "Мурминский" Рязанского района имеет в основном сильно-и среднеподзолистые супесчаные почвы.
В целом дерново-подзолистые супесчаные почвы характеризуются небольшой мощностью (10-20 см) перегнойного горизонта с низким содержанием гумуса (до 2%), кислой реакцией почвенной среды, слабой насыщенностью почвенно-поглощающего комплекса кальцием и магнием, низким содержанием доступных элементов минерального питания.
Самое низкое плодородие у песчаных и супесчаных почв, сформировавшихся на глубоких песках. Эти почвы плохо обеспечены гумусом, общим азотом, обменным калием, но лучше - общим и доступным фосфором.
Водно-физические свойства таких почв плохие из-за их низкой водо-удерживающей способности. Эти почвы подвержены водной эрозии, способствующей дальнейшему снижению их плодородия (Справочник агронома..., 1990).
Климат Рязанской области типичен для Европейской части России. Средняя месячная температура самого теплого месяца - июля от 18,5СС на севере области до 19,5С на юго-востоке (Агроклиматические условия ... 1989).
Температура воздуха по месяцам вегетационного периода непостоянна, наблюдаются значительные колебания. В отдельные периоды максимум температуры достигает 36-38С.
Продолжительность теплого периода в среднем 210-218 дней, безморозного- 135-145 дней.
Рязанская область расположена в зоне неустойчивого увлажнения, атмосферные засухи различной интенсивности наблюдаются в 70% лет, из которых 20% носят интенсивный характер (Руденко, 1958, Коваль, 1948).
Среднее годовое количество осадков 500-575 мм с колебаниями в отдельные годы от 170-200 до 750-850 мм. Почти 70% осадков выпадает в виде дождей, которые в летнее время носят ливневый характер (Справочник агронома... 1990).
В зимнее время образуется устойчивый снежный покров, ВЫСОТОЙ до 25-35 см., запасы влаги в снеге в марте составляют 75-110 мм / Адаптивно ландшафтная система ... , 2000/. За годы исследований сложились различные погодные условия, представленные в таблице 1.
Вегетационный период 2001 г. в целом можно считать недостаточно благоприятным для роста и развития изучаемых в опыте культур.
Агроэкологическая и агрохимическая характеристика землепользования
Определение связей между основными элементами плодородия по полям севооборотов в целом и элементарным участкам показало, что между ними имелись существенные различия. Так в севообороте 1 тесная корреляция была между содержанием гумуса и остальными показателями плодородия, содержанием азота и кислотностью, менее сильные между содержанием калия с кислотностью и содержанием азота. Довольно средними (г= 0,40522 и г=0,48399) были корреляции содержания фосфора с кислотностью и содержанием азота. Аналогичные закономерности были по севооборотам 2, 3, 4. В севообороте № 6 все связи между элементами плодородия были тесными, кроме связей фосфора с кислотностью (г=0,55143). Близкие к севообороту 6 корреляции были получены в севообороте № 7. Особо сильной пестротой почвенного плодородия отличался севооборот № 8, где даже между содержанием гумуса и кислотностью, гумуса и азота, гумуса и калия, фосфора и кислотности, фосфора и калия, фосфора и азота были средине (г=0,44729) показатели корреляций.
В среднем по хозяйству по показателям элементов плодородия относительно средняя связь была между содержанием фосфора и кислотностью (г=0,44815).
Определение коэффициентов корреляций по элементарным участкам показало их большую вариабельность. Высокие коэффициенты корреляций между всеми элементами плодородия были в поле 4 первого севооборота, в полях 1, 5, 7 третьего севооборота, в 1, 2, 3 полях четвертого севооборота, в поле № 1, 4, 5 четвертого севооборота, в полях 3, 6 шестого севооборота, в полях 3, 4 седьмого севооборота.
По всем элементарным участкам наиболее высокие коэффициенты корреляций были между содержанием гумуса и кислотностью почвы, содержанием гумуса и легко гидролизуемого азота, (39 случаев из 49), между содержанием азота и кислотностью почвы (все 49 случаев), между содержанием калия и азота (43 случая из 49).
Наиболее слабыми были связи между содержанием фосфора и кислотностью почвы (28 случаев из 49), содержанием фосфора и азота (22 случая из 49), содержанием фосфора и калия (10 случаев из 49).
Для определения степени пестроты почвенного плодородия по данным агрохимического обследования определялись средние величины по севооборотам, амплитуды содержания по полям и элементарным участкам, коэффициенты вариации основных элементов плодородия. Данные представлены в таблицах 2, 3, 4, 5, 6.
Анализ данных таблицы 2 показывает, что пашня севооборотов имеет низкое содержание гумуса, в пределах 0,94-1,25%. Только в восьмом севообороте содержание гумуса достигает 1,84%. Различия по полям каждого севооборота достигает двух-трехкратных величин. В севообороте 8 различия максимальны, а в 4, 5, 6 по содержанию гумуса поля более ровные. Внутри полей по элементарным участкам амплитуда различий несколько шире, однако закономерности и кратность различий примерно одинаковы с таковыми по полям севооборотов.
Вариабельность содержания гумуса по полям севооборотов составляет 17,39-29,17%», т.е. довольно низкая. Исключение составляет севооборот №8, где коэффициент вариации достигает 54,93%.
По элементарным участкам различия в вариабельности значительны. Минимальные вариационные коэффициенты в отдельных полях шестого и седьмого севооборотов (33,51 и 35,35%), максимальные (53,72, 65,03%) в четвертом и восьмом севооборотах.
Данные по содержанию гумуса и его изменчивости по полям и элементарным участкам свидетельствуют о значительной пестроте почвенного плодородия и необходимости учета этого явления в практической работе хозяйства.
Анализируя данные таблицы 3 следует отметить, что большая часть пашни имеет неблагоприятные показатели кислотности почвы, особенно поля севооборота № 8 и № 3 (рН=4,83 и рН=5,2).
Поля севооборотов существенно различаются по этому показателю. В пяти севооборотах минимальная кислотность полей опускается рН ниже 5,0, а максимальная, близкая к нейтральной, отмечена в шести севооборотах (рН-5,58 - 5,94).
Более ровную, но очень низкую кислотность (рН=4,83) имеют ПОЛЯ восьмого севооборота.
По элементарным участкам показатели кислотности почвы более контрастны. Во всех севооборотах есть участки с кислотностью от 5,7 до 7,1.
Коэффициенты варьирования кислотности по полям севооборотов достаточно близкие (20,47 ... 24,35%). Однако по элементарным участкам показатели более изменчивы. Минимальная изменчивость по участкам по сравнению с изменчивостью по полям увеличилась в полтора-два раза, а максимальная, особенно в полях севооборотов № 8, № 5, № 1, до 57,76, 51,50, 51,64% соответственно.
