Введение к работе
Актуальность проблемы. Проблема оценки агроэкологического состояния серых лесных почв Владимирского ополья при современных тенденциях развития агропромышленного комплекса представляется чрезвычайно важной, сложной и многогранной. Этот природно-экологический массив длительного исторического освоения, включающий свыше 220 тыс. гектаров высокопродуктивных почв, способен обеспечивать до 50-60 % всей валовой продукции сельского хозяйства региона. Здесь существуют все необходимые условия для освоения современных агротехнологий на фоне исключительно богатого опыта земледелия местного крестьянства.
Серые лесные почвы развиты в области контакта лесной и степной зон Европейской территории России и отражают особенности природных ландшафтов промежуточной лесостепной биоклиматической зоны. В сложном сочетании лесных и степных ландшафтов образуется гамма переходов, усложняющаяся взаимонаправленными путями их эволюции, а также интенсивным и длительным антропогенезом. Почвы Владимирского ополья являются уникальными объектами пристального изучения их генезиса почвенного покрова характеризующегося исключительной пестротой.
Важнейшим аспектом проблемы агроэкологической оценки почв является исследование современного гумусного состояния, теоретическое обоснование и разработка путей оптимизации режима органического вещества серых лесных почв Владимирского ополья, изучение минералогического состава, аккумуляции тяжелых металлов и ксенобиотиков.
Не менее важным при осуществлении агроэкологической оценки почв является изучение процессов изменения упомянутых и других свойств в результате, интенсивного освоения – в 70-80е годы, преимущественно экстенсивного - в послереформенное время, сопровождающееся часто выводом земель из активного агропроизводства. Чрезвычайно актуальным представляется поиск путей стабилизации пищевого, водного и воздушного питания, режимов органического вещества, использование данных минералогического состава почв для оценки как потенциального, так и эффективного плодородия почв, адаптацию к природно-ландшафтным особенностям региона, обеспечивающих компромисс и устраняющих противоречие между интенсификацией производства и требованиями экологизации природопользования.
В последние годы хорошее развитие получают работы по формированию единого государственного информационного ресурса, развитие государственного мониторинга земель используемых или предназначенных для ведения сельского хозяйства на новых экологических принципах землепользования. Агроэкологический мониторинг по современным представлениям подразделяется на контрольный, технологический (производственный) и научный. Последний, в свою очередь, включает понятие тестовых полигонов, реперных участков, подразумевает высокую интеллектуально емкую составляющую.
Формирование базы данных научного агроэкологического мониторинга почв, включающих широкий комплекс показателей, закономерностей детерминирующих процессы современного почвообразования (в т.ч. деградационных), загрязнения тяжелыми металлами и других факторов и условий, определяющих выбор рациональных агротехнологий, является чрезвычайно актуальной научной проблемой.
Цель работы состояла в комплексной оценке агроэкологического состояния серых лесных почв Владимирского ополья, которая включает анализ современного режима органического вещества в зависимости от длительности освоения, уровня интенсификации агротехнологий, степени проявления агротехногенеза, оценки роли природных ресурсов почв путем изучения минералогического состава фракций разной размерности, оценке микростроения и гетерогенности тонкодисперсного материала, содержания тяжелых металлов и их распределения по основным почвенным компонентам для совершенствования научного агроэкологического мониторинга почв.
Задачи исследований включали комплекс вопросов:
- представить наиболее полную характеристику современного состояния органического вещества серых лесных целинных и пахотных почв Владимирского ополья различной степени окультуренности;
- установить характер, сформулировать закономерность и направленность изменения содержания групп и фракций органического вещества и состава легкоразлагаемого органического вещества серых лесных почв под влиянием антропогенного воздействия;
- определить минералогический состав тонкодисперсных фракций (ил, тонкая, средняя пыль) в серых лесных залежных (целинных) и пахотных средне-тяжелосуглинистых почвах, установить характер распределения органического вещества во фракциях и подфракциях дробной пептизации;
- изучить гетерогенность илистого вещества с помощью анализа минералогического состава подфракций дробной пептизации (ПДП) – воднопептизированного ила (ВПИ) и агрегированного ила (АИ);
- изучить закономерности пространственного распределения илистой фракции и ее минеральных компонентов в пределах структур почвенного покрова Владимирского ополья;
- установить микроморфологическое строение серых лесных почв Владимирского ополья;
- обосновать оценки потенциального и эффективного плодородия серых лесных почв Владимирского ополья с учетом резервов элементов питания растений и агроэкологического состояния почв, на основе анализа распределений тяжелых металлов в почвах, гранулометрических фракциях и подфракциях дробной пептизации;
- обосновать целесообразность и необходимость комплексного подхода при анализе поведения органического вещества, трансформации минеральной части почв, обусловливающих сорбционную их способность и другие важные для агроэкологической оценки и научного мониторинга показатели.
Научная новизна исследований:
Впервые в зависимости от систем применения удобрений проведена комплексная оценка органического вещества серых лесных почв Владимирского ополья. Установлены закономерности изменения гумуса серых лесных почв, его основных групп, компонентов (воднорастворимый, лабильный, валовый) и фракций; определено содержание органического углерода в гранулометрических фракциях и подфракциях дробной пептизации. Предложена модификация определения лабильных гумусовых веществ.
Для серых лесных тяжелосуглинистых пахотных почв установлены закономерности пространственной изменчивости ряда показателей системы илисто – минералогических блоков, таких как пространственное распределение илистой фракции и основных минеральных фаз – смектитовой и гидрослюдистой.
Представлена общая оценка резервов элементов питания растений серых лесных почв c позиций количественного содержания минералов в составе ила, тонкой, средней пыли и песчаной фракции.
Впервые проанализировано распределение ТМ в подфракциях дробной пептизации (воднопептизированных и агрегированных илах);
Обоснована необходимость комплексного подхода оценки агроэкологического состояния серых лесных почв по анализу трансформаций органического вещества, минералогического состава различных по размерности фракций, микроморфологии, механизмы их прямого и косвенного влияния на гомеостатические функции почвы.
Практическая значимость. Предложены технологические приемы эффективного, экологически безопасного использования различных видов и форм органических удобрений в севооборотах адаптивно-ландшафтного земледелия на серых лесных почвах Владимирского ополья.
Разработаны методические рекомендации, позволяющие на основе проведенных агроэкологических исследований обосновать меры по снижению и предотвращению деградации почв Владимирского ополья в различных условиях ведения сельскохозяйственного производства.
Установленные количественные и качественные характеристики, закономерности трансформации органических соединений, минералогического состава, поведения тяжелых металлов и др.; могут быть использованы для совершенствования систем научного агроэкологического мониторинга земель сельскохозяйственного назначения.
Практические результаты ориентированы на руководителей и специалистов сельскохозяйственных предприятий различного экономического уклада, агроэкологов, научных работников, аспирантов и студентов сельскохозяйственных вузов.
Положения, выносимые на защиту. Комплекcная оценка функционирования органического вещества, формирования разных групп и фракций гумусовых веществ в зависимости от длительности и интенсивности освоения, пространственной гетерогенности показателей системы илисто – минералогических блоков – рассматриваются как базовые компоненты оценки агроэкологического научного мониторинга состояния серых лесных почв.
Закономерности формирования потенциальных и доступных резервов элементов питания растений (калия, фосфора) с позиций содержания в минералах гранулометрических фракций различной дисперсности.
Методы качественного и количественного описания, закономерности и вероятные механизмы аккумуляции ряда тяжелых металлов (Pb, Cu, Mn, Zn) во фракции водно-пептизированного ила, и более прочной фиксации других (Fe, Cr, Ni, Co), на поверхности слоистых силикатов.
Характеристика микроморфологического строения и текстурной дифференциации профилей изучаемых почв как отражение направленности процессов антропогенеза и важная характеристика агроэкологического состояния серых лесных почв Владимирского ополья.
Апробация работы. По результатам работы опубликовано 55 научных работ, в том числе 1 монография. Материалы исследований входят в ряд коллективных монографий, сборников, рекомендаций, нормативных и методических документов, опубликованы в рецензируемых журналах. Материалы и результаты исследований были представлены и обсуждались на научно-практической конференции "Экологические проблемы АПК Ивановской области" - Иваново, 1995; научной конференции «Современные тенденции в математическом моделировании агроэкосистем». Санкт-Петербург, Агрофизический НИИ 24-29 июня 1997г.; совещании "Агрохимические, агроэкологические, экономические проблемы и пути их решения при возделывании зерновых и других культур" 23-27 марта 1998 , ВИУА, Москва; научной конференции «Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения» . М., 23-25 июня 1998 года; на научно-практической конференции "Современные проблемы оптимизации минерального питания растений". Нижний Новгород, 1998; на Всероссийской молодежной конференции "Растение и почва", С-Петербург, 1999; Международных научно-практических конференциях «Экология речных бассейнов», Владимир, 1999,2005гг., Международной конференции «Геохимические барьеры в зоне гипергенеза», Москва, 1999;. научно-практической конференции "Научные достижения - развитию агропромышленного комплекса", Иваново 2000; III cъезде Докучаевского общества почвоведов, Суздаль, 2000; Всероссийской конференции, посвященной 75-летию Почвенного института «Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям», Москва, 2002; IV съезде Докучаевского общества почвоведов. Новосибирск,. 2004; V съезде Докучаевского общества почвоведов, Ростов, 2008г.
Результаты исследований используются на факультете почвоведения МГУ при чтении лекций по курсу «Общее земледелие», по спецкурсу «Агроэкология», в Московском Авиационном институте (государственном техническом университете) при чтении лекций по курсу «Прикладная экология».
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав и выводов. Изложена на 331 стр. машинописного текста, включает 69 таблиц, 69 рисунков. Список литературы включает 497 публикаций.
