Содержание к диссертации
Введение
1 .ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 9
1.1. Экологические функции почвы 9
1.2. Антропогенное воздействие на состояние почвенного покрова 21
1.3. Активизация потенциального плодородия почв 32
1.4. Использование фосфогипса для повышения плодородия слитых почв 39
2.МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 42
2.1. Физико-географические условия Белореченского района Краснодарского края 43
2.2. Ключевые участки и их почвы 55
2.3. Методы исследования 59
З.РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 61
3.1. Изменение физико-химических свойств почвы в зависимости от антропогенного воздействия 61
3.1.1. Гранулометрический состав 61
3.1.2. Структурно-агрегатный состав 63
3.1.3. Плотность 66
3.1.4. Химические свойства 70
3.2. Изменение водных свойств почвы в зависимости от антропогенного воздействия 75
3.3. Влияние обработки почвы на ее экологические свойства 79
3.4. Основные аспекты землепользования Белореченского района 87
3.5. Влияние приемов повышения плодородия почвы на урожай зерна кукурузы 95
3.6. Эколого-экономический природно-ресурсный потенциал Белореченского района 102
3.7. Эколого-правовые обязанности собственников по обеспечению плодородия земель сельскохозяйственного назначения 109
ВЫВОДЫ 115
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ 118
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 119
ПРИЛОЖЕНИЯ 133
- Антропогенное воздействие на состояние почвенного покрова
- Ключевые участки и их почвы
- Основные аспекты землепользования Белореченского района
Введение к работе
Краснодарский край отличается не только благоприятными климатическими и почвенными условиями, но и значительным биоразнообразием. В связи с интенсивным использованием почв в агроценозе практически невозможно найти естественных растительных и животных ресурсов.
Экологические функции почвы в своем проявлении обусловлены морфологическими, физическими и химическими свойствами почв. Плотность почв, степень обводнения почвенных пор, доступность почвенной воды растениям и микроорганизмам, тепловой режим почв — определяют возможность существования тех или иных растений, педофауны. микроорганизмов. В неменьшей степени влияет химический состав почв, концентрация растворимых солей, состав обменных катионов, кислотность почв, содержание и состав гумуса и т.п. Все это определяет почву как ценнейший биологический ресурс (Добровольский и др., 2003). Несмотря на то, что общеизвестна роль почвы в функционировании биосферы, она является частью любого наземного биогеоценоза и биосферы в целом, обеспечивает стабильность биосферы (Добровольский и др., 1986; Розанов, 1994), географические закономерности заселенности почв разными формами жизни, их влияние друг на друга и на свойства самих почв изучены недостаточно. Из всех почвенных свойств наиболее изучено плодородие, тесно связанное с функционированием живых организмов. Сведения о биологических свойствах почв Северо-Западного Кавказа, о влиянии на них разных антропогенных факторов очень отрывочны и часто не раскрыты (Елисеева, 2000).
Почва стала важнейшим условием существования жизни на Земле. Жизнь на континентах планеты в ее современном виде была бы невозможна без развитого почвенного покрова, как оказалось бы невозможным существование почвенной оболочки Земли в случае уничтожения растительного мира и почвообитающих животных и микроорганизмов.
5 Следует отметить ярко выраженную полифункциональность в системе биогеоценотических и биосферных взаимодействий, проявляющуюся в наличии нескольких категорий почвенных экофункций и многочисленных их видов, что заставляет заново пересмотреть укоренившиеся односторонние трактовки роли почвы в жизни природы и общества.
Актуальность темы диссертации. Белореченский район находится в предгорной зоне, где отмечается большое количество осадков, велика сумма положительных температур, однако урожайность зерновых культур крайне низкая. Овощные культуры в последнее время, в связи с изменением форм собственности, практически не выращивают нигде в районе, кроме частного сектора. Район представлен в основном черноземами выщелоченными, слитыми, которые отличаются высоким потенциальным плодородием. Однако особенности их физических свойств таковы, что не дают возможности развиваться корневой системе растений нормально, а это приводит к вымоканию.
Во влажные периоды года повсеместно отмечается верховодка, которая в настоящее время часто выклинивается на поверхность. Во многих хозяйствах района почти на 30-40% посевные площади покрыты водой. Но тем не менее они используются для выращивания зерновых культур, в частности, озимой пшеницы.
Анализируя качественные показатели земельных угодий, следует отметить, что с каждым годом увеличиваются площади, обладающие неблагоприятными свойствами. Отмечен дальнейший рост переувлажненных земель. Переуплотнение почв происходит из-за повышенного пироморфизма и быстрого обсыхания в жаркие периоды года. Застой влаги приводит к оглеению. Чередование фаз набухания и усадки способствует сильной трещиноватости, что приводит к разрыву корней, глубокому просыха-нию и выдавливанию нижележащих горизонтов почвы на поверхность (Елисеева, 1983; 1998). На таких почвах невозможно получить высокие урожаи любых зерновых культур, которые являются основным раститель-
ным ресурсом в Краснодарском крае. Для увеличения урожайности как правило используют минеральные удобрения и в меньшей степени органические (из-за их отсутствия). Но систематическое применение удобрений привело к повсеместному закисленню почв, что особенно четко проявляется в Белореченском районе.
В Белореченском районе на предприятии ОАО «ЕвроХим-Белореченские Минудобрения» производятся минеральные удобрения, которые крайне необходимы сельскому хозяйству. В результате производственной деятельности образуется отход - фосфогипс, который размещается в шламонакопителях, занимающих обширные территории. До настоящего времени фосфогипс не находил дальнейшего применения (Имгрунт, 2004а; 20046).
Проблема повышения и управления качеством сельскохозяйственной продукции была и остается одной из самых важных. И в связи с этим в Белореченском районе, в частности, в хозяйстве «Белая Русь» были проведены исследования, в которых оценивалась степень влияния агротехнических и природных факторов на экологические свойства почвы и получение урожая зерновых культур с применением нейтрализованного фосфогипса под мелиоративную вспашку.
Одной из главных опасностей для природы, включая ее почвенный покров, является деградация окружающей среды под влиянием деятельности человека. Изучение состояния природных компонентов Белореченского района, их изменение под влиянием антропогенных факторов требует специальных исследований, которые представлены в настоящей работе
Целью исследований явилось изучение экологически обоснованных способов оптимизации плодородия почв Белореченского района Краснодарского края, разработка природоохранных мероприятий и методов рационального использования природных ресурсов.
В задачи исследований входило:
оценить эколого-экономический природно-ресурсный потенциал Белореческого района Краснодарского края, провести инвентаризацию почвенного покрова СПК «Белая Русь» и дать экологическую оценку его состояния;
изучить изменение физических свойств, водного и питательного режима почвы в зависимости от внесения нейтрализованного фосфогипса;
- разработать экологически безопасные мероприятия по мелио
рации и повышению плодородия почв СПК «Белая Русь» Белоречен
ского района с помощью отходов производства удобрений.
Научная новизна. Впервые дана экологическая оценка природно-
ресурсного потенциала Белореченского района Краснодарского края на
примере АО «Белая Русь». Проведено исследование влияния фосфогипса
как отхода производства химической промышленности на физико-
химические свойства почвы и повышение урожая сельскохозяйственных
культур. Впервые для данного района предложен подбор сельскохозяйст
венных культур, которые обладают высоким потенциалом урожайности и
обеспечивают воспроизводство почвенного плодородия.
Теоретическая и практическая значимость. В настоящей работе изучены изменения гидроморфности почв и составлены карты переувлажнения исследуемого хозяйства. Предложены ландшафтно-адаптивные системы земледелия для Белореченского района на примере АО «Белая Русь». Изучено влияние фосфогипса на улучшение водно-физических свойств почвы и повышение урожайности сельскохозяйственных культур. Разработаны рекомендации по применению фосфогипса на переуплотненных гид-роморфных почвах.
Основные защищаемые положения: 1. Природно-ресурсный потенциал Белореченского района при распашке земель и техногенном загрязнении испытывает деградацион-ные изменения;
Оптимизация почвенно-экологической ситуации в районе исследований возможна путем изменения структуры посевных площадей, а также агрохимических и мелиоративных приемов.
Экологические свойства и плодородие почв улучшаются при внесении в качестве мелиоранта нейтрализованного фосфогипса - технического отхода производства удобрений.
Апробация работы. Результаты настоящих исследований доложены на международной научной конференции «Экология и биология почв» в Ростовском государственном университете (22-23 апреля 2004 г.), на международной научно-практической конференции «Биосфера и человек» (Адыгейский государственный университет, г. Майкоп, 2001 г.). Доклад по диссертационной работе заслушан и обсужден на заседании ученого совета факультета аграрных технологий МГТУ.
Публикация результатов исследований. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе коллективная монография и учебник.
Настоящие исследования поддержаны хоздоговорной темой «Повышение плодородия почв территории г. Белореченска на 2004-2008 гг.».
Личный вклад автора. Автором самостоятельно выполнена экспериментальная часть работы, обсуждены все результаты, имеются самостоятельные публикации.
Автор глубоко признателен своему научному руководителю, доктору географических наук, профессору Елисеевой Наталии Болеславовне за неустанную помощь и поддержку на всех стадиях исследования.
Антропогенное воздействие на состояние почвенного покрова
Значение почвы для человеческого общества трудно переоценить. Если в период собирательства почва имела косвенное значение, так как обеспечивала человека продуктами питания за счет дикорастущей растительности, то после перехода к земледелию почва становится одним из основных источников продуктов питания. Главной производительной силой земледелия служат плодородные почвы, возделываемые под пахотные угодья. Общая площадь пашни в мире - 1 млрд. 356 млн. гектаров.
На протяжении всей истории человечества рост населения планеты сопровождался расширением «ойкумены» (обитаемой части суши, включающей все заселенные, освоенные или иным образом вовлеченные в орбиту жизни общества территории). При этом под сельское хозяйство осваивались наиболее удобные и плодородные земли. Таким образом, покров плодородных почв быстро сокращается и происходит абсолютное сокращение площади сельскохозяйственных угодий. За исторический период человечество потеряло почти два миллиарда гектаров продуктивных земель (Петров, 2000).
Плодородие почвы состоит в способности почвы обеспечивать нормальный рост и развитие естественных и культурных растений.
Плодородие естественных почв складывается в процессе их формирования под влиянием факторов почвообразования и оценивается продуктивностью естественной растительности. Плодородие обрабатываемых почв измеряется величиной урожая сельскохозяйственных растений и в значительной мере определяется уровнем сельскохозяйственного производства.
Для нормального развития растений необходимо, чтобы в почве имели место следующие условия:
- обеспеченность элементами питания в усвояемой растениями форме;
- обеспеченность водой в доступной для растений форме;
- обеспеченность кислородом в количестве, необходимом для жизнедеятельности растений;
- благоприятная структура почвенной массы, обеспечивающая оптимальный водно-воздушный режим и хорошую проницаемость корней, что позволяет растениям извлекать в достаточном количестве питательные вещества и влагу; - отсутствие соединений, вредных для растений.
В качестве основных элементов питания растения поглощают из почвы азот, фосфор, калий, кальций, магний, железо, серу. Общее содержание химических элементов в почве достаточно велико и может на много лет вперед обеспечить растения питанием. По данным Н.П. Ремезова (1952), в черноземах содержится такое количество азота и фосфора, которое может обеспечить средние урожаи пшеницы более чем на 250 лет, а калия - почти на 3000 лет. Однако для растений имеет значение не все количество химических элементов, содержащихся в почве, но лишь те формы, которые доступны растениям.
Содержание химических элементов в усвояемых растениями формах значительно меньше, чем общее их количество. Поэтому для обеспечения нормального развития культурных растений и получения достаточных урожаев необходимо некоторые элементы питания в усвояемой форме вносить в почву дополнительно, в виде удобрений.
Помимо внесения органических и минеральных удобрений, на плодородие почвы оказывают влияние микроэлементы. Их отсутствие или недостаток в ряде мест снижает урожайность и вызывает различные заболевания среди культурных растений.
Важное значение для плодородия почвы имеет кислород воздуха, необходимый прежде всего для микробиологических процессов. Обеспеченность почвы кислородом и поддержание оптимального газообмена в почве зависит в значительной степени от ее структуры и гранулометрического состава (Добровольский, 1976; Тур, 1999; Казеев и др., 2003).
Плодородие почвы как качество, определяющее урожайность сельскохозяйственных культур, обусловливается не только природными свойства, но, прежде всего, характером ее возделывания. Забота о сохранении плодородия почвы должна быть приоритетной в сельскохозяйственном производстве, так как 95% всех продуктов питания человек получает из почвы.
По различным оценкам, потребность в территории, обеспечивающей поддержание жизни одного человека, в среднем составляет 1,75-2,00 га, в том числе 1,2 га пастбищ и сенокосов, 0,46 га сельскохозяйственных полей (для питания), 0,07 га лесных насаждений (для поглощения выделяемого диоксида углерода и получения кислорода). Кроме того, человек нуждается в жилых и производственных помещениях (0,01 га), столько же приходится на инфраструктуру (дороги, линии электропередач, связи и др.).
В среднем в мире на 1 жителя приходится 3 га (в России - 11,5 га). По регионам нашей страны распределение территории на душу населения весьма неравномерно: в европейской части - 3,65 га, в Уральском регионе - 9,3 га, в Сибири и на Дальнем Востоке - почти по 36 га. В то же время на Земле значительные территории еще остаются не затронутыми хозяйственной деятельностью человека (в России - 60%, в Северной Америке -42, в Африке - 24, в Европе - всего 4%) (Данилов-Данильян, 1994; 1997; Зволинский и др., 1998).
Сельскохозяйственные угодья в России занимают 206,2 млн. га, в том числе пашня - 124,6, сенокосы и пастбища - 74,6 млн. га. На одного жителя России приходится примерно 1,4 га сельскохозяйственных угодий.
В результате хозяйственной деятельности быстро растущего населения планеты потери земельных угодий постоянно увеличиваются. За весь период сельскохозяйственной деятельности (примерно 10 тысяч лет) в мире потеряно 2 млрд. га земель, что значительно превышает существующую площадь пашни - 1,5 млрд. га. Темпы потерь нарастают: 700 млн. га потеряны за последние 300 лет со среднегодовым темпом 2,3 млн. га, 300 млн. га потеряны в течение последних 50 лет со среднегодовым темпом 6 млн. га (Ладонин, 1999; Черников и др., 2000). Таким образом, современные практически необратимые потери продуктивных земель в 30 раз выше среднеисторических и 2,5 раза выше, чем за последние 300 лет (Почвенно-экологический мониторинг..., 1994).
По современным оценкам примерно 1.2 млрд. га сельскохозяйственных угодий находятся в состоянии деградации. Согласно данным ФАО, общие потери сельскохозяйственных земель от эрозии и других видов деградации оцениваются примерно в 6,7 млн. га ежегодно.
Весьма существенны потери земель в результате засоления и заболачивания. Из 270 млн. га орошаемых земель 20-30 млн. га сильно засолены и еще 60-80 млн. га засолены в меньшей степени. Считается, что 60% подаваемой для орошения воды не достигает растений. Качество ее для сельскохозяйственных целей и водоснабжения населения нередко очень низкое (Розанов и др., 1990; 1994).
Площадь лесов в мире ежегодно сокращается на 18 млн. га. Уменьшается генетическое разнообразие растительного и животного мира. Сельское хозяйство основывается теперь на небольшом количестве видов и сортов растений, пород животных. Лишь 20 культур обеспечивает 90% мирового производства продовольствия.
Ключевые участки и их почвы
Для исследования выбраны земли СПК «Белая Русь», поскольку территориально они находятся вблизи шламонакопителей завода по производству минеральных удобрений «ЕвроХим-Белореченские Минудобре-ния».
В результате полевых и лабораторных исследований установлено, что преобладающими почвами СПК «Белая Русь» являются черноземы выщелоченные слитые легкоглинистые и глинистые на четвертичных бурых с оливковым оттенком глинах и суглинках (Блажний, 1960). Всего было заложено 5 разрезов до 2,5 м. Почвы всех разрезов были очень близки по морфологии. Разница в мощности соответствующих горизонтов не превышала 5-10 см (табл. 4). В качестве примера приводим описание разреза № 5 (рис. 1).Разрез заложен на пашне, на водоразделе рек Пшеха-Белая, представляющем собой равнину, наклоненную к юго-западу. Абсолютная высота места заложения разреза около 140 м над уровнем моря.
На ключевом участке были проведены сравнительные определения глубины слитого горизонта. Опыт проводился при помощи бура. Он погружался в почву на допустимую глубину по диагонали поля. При таком обследовании было отмечено, что, несмотря на засушливость лета 2000 г., почва была более рыхлая под залежью (табл. 5). Уровень слитого горизонта гораздо ниже, чего нельзя сказать о пашне. Это может быть связано с тем, что при постоянной распашке образуется плужная подошва. Этим может объясняться разница в показателях, приведенных в таблице. Поднятие слитого горизонта препятствует возможности проникновения корней вглубь лежащие слои, что ограничивает питательный режим почвы57
Апах 0-10 см Серый, комковато-порошистой структуры, суглини стый, рыхловат, свежий, отмечаются охристые примазки, хорошо пронизан корнями, переход в следующий горизонт резкий по плотности и структуре.
А1 10-35 см Серо-ржавый, структура призмовидно-глыбистая, тяжело-суглинистый, с 15 до 30 см плужная подошва, с 32 см до 50 см отмечена верховодка (рис. 2), отдельности покрыты ржавчиной и появляются марганцевые примазки и пятна оглеения, корни единичны, переход в следующий горизонт ясный по сложению и окраске.
81 35-92 см Темно-серый с бурым оттенком, глыбистый, легко глинистый, слитой, сырой, с блестящей поверхностью на изломе (сликенсайды), ржавые примазки в меньшем количестве, в нижней части горизонта появляются марганцевые дробовины, корни единичны, переход постепенный по плотности.
82 92-150 см Темно-серый с оливково-сизоватым оттенком, глы бистый, легко-глинистый, слитой, сырой, но с меньшим блеском, большее количество дробовин, ржавые пятна единичны, корней нет, переход в следующий переход ясный по цвету.
ВС 150-165 см Буровато-оливковый, с затеками гумуса, глыбистый, глинистый, слитой, влажный, обилие черных примазок и дробовин, переход в следующий горизонт ясный по окраске.
Основные аспекты землепользования Белореченского района
Агропромышленный комплекс - важнейшая составляющая экономики России. В нем создается примерно 30% национального продукта, кроме того, за счет него более чем на 70% формируется потребительский рынок.
Аграрная сфера затрагивает интересы каждого человека, ее развитие в решающей степени определяет народнохозяйственный потенциал страны, ее продовольственную безопасность.
К сожалению, нынешнее положение сельского хозяйства недостойно такой великой аграрной державы, как Россия. Трудности и проблемы в агропромышленном комплексе сложились не сегодня и не вчера, они - результат многочисленных ошибок, допущенных в развитии этой важнейшей сферы производства. Основное средство - земля теряет плодородие, нарушаются севообороты.
Особенно большой ущерб сельскохозяйственному производству нанесен нарушением ценового эквивалента между промышленностью и сельским хозяйством. Это поставило сельское хозяйство в неравноправное положение, исключающее ведение расширенного воспроизводства. Проблемы не решались, а накапливались, приведя сельское хозяйство в то положение, в котором оно на сегодняшний день оказалось.
На территории Краснодарского края и в отдельных районах продолжают интенсивно проявляться негативные процессы на землях, экологическое состояние которых повсеместно ухудшается, что вызывается бесхозяйственным отношением к земле и истощительным использованием плодородного слоя земельных угодий, недостатком финансовых средств на разработку и осуществление мероприятий по охране и рациональному использованию земельных ресурсов (Чешев, 1992; Варламов, 1999).
В Краснодарском крае продолжает ухудшаться качественное состояние земель вследствие получения сельскохозяйственной продукции за счет естественного плодородия почв при отрицательном балансе питательных веществ. За многие годы такого использования земель от первоначального содержания гумуса в большей части черноземов, составляющего в среднем около 5%, к настоящему времени осталось 3,7%. До 1930 года темпы снижения содержания гумуса составляли 0,01 абсолютного процента в год. В 30-50-е годы они возросли до 0,03%, а в 60-80-е годы потери гумуса уже составляли 0,05%. К началу XXI века содержание гумуса снизилось до 3,5%.
В связи с этим требуется перевести повсеместно ведение сельского хозяйства на экологичную адаптивно-ландшафтную систему земледелия, позволяющую при внедрении обеспечивать урожайность экосистем и сохранение почвенных ресурсов. В противном случае могут последовать необратимые процессы деградации почв и загрязнения земель. Все проекты должны предусматривать оптимизацию структуры земельных угодий с таким их соотношением, которое обеспечивает устойчивое развитие и саморегуляцию экосистем. Это необходимо осуществлять потому, что игнорирование реализации мероприятий по залуженню и залесению прибрежных и приовражных полос приводит к развитию процессов эрозии почв на этих и прилегающих территориях. Переувлажнение лессовидных грунтов приводит к их усадке, возникновению просадочных явлений, способствующих образованию западин и блюдец, на которых почва подвергается переувлажнению и слитизации. Эти явления вызывают вымокание и гибель не только очень чувствительных к переувлажнению озимых зерновых, но и других культур. Рациональный подбор культур позволяет получить наибольший эколого-экономический эффект при минимальных вложениях (Кирюшин, 1993; 1996).
Для кардинального решения проблем улучшения экологического состояния земель, их использования и охраны предстоит создать экономический механизм землепользования, перевести землеустройство на экологическую основу. Чешев А.С. и Вальков В.Ф. (2002) предлагают следующее:
- разработка новых методов землеустройства, учитывающих особенности природных ландшафтов и многоукладность сельского хозяйства;
- повышение плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных угодий как важнейшего компонента агроладшафта;
- углубление взаимосвязей всех систем организации и ведения сельского хозяйства и других отраслей агропромышленного комплекса;
- разработка научно-методических основ ведения мониторинга земель;
- создание условий для производства экологически безопасной сельскохозяйственной продукции, отвечающей санитарно-гигиеническим нормам;
- составление прогнозов состояния, использования и охраны земель. Все это обеспечит систематический контроль воздействия различных негативных факторов на земельные ресурсы, позволит повышать плодородие почв, разрабатывать и реализовывать эффективные мероприятия по устранению деградации почв и загрязнения земель, главная цель которых -не допустить дальнейшего снижения плодородия почв (Чешев, 1991; 1992; 2002; Вальков, 1992).
Белореченский район расположен в предгорной части Краснодарского края, расстояние до краевого центра - г. Краснодара - 120 км. Общая площадь Белореченского района составляет 68413 га. В районе имеются общественные сельскохозяйственные угодья, фермерские, крестьянские хозяйства и др. (табл. 13, прил. 2).
