Введение к работе
Актуальность темы. Нарастание угрозы глобальной экологической катастрофы к концу XX века побудило исследователей к поиску путей гармонизации отношений общества и природы. Шагом к решению проблемы в области сельскохозяйственного производства является процесс приведения земледельческой практики в соответствие с экологическими законами.
Одним из инструментов этого процесса является регулирование интенсивности механического воздействия на почву. При всей своей неоднозначности различные приемы сокращения интенсивности механической обработки почвы осваиваются и внедряются практически во всех регионах мира вследствие следующих основных преимуществ в сравнении с традиционной вспашкой: энерго-ресурсосбережение; защита почв от эрозии; улучшение водного режима; снижение темпов минерализации органического вещества почвы; сокращение потерь минерального азота; улучшение сложения почвы. В то же время эти способы почвообработки имеют ряд недостатков и ограничений: ухудшение фитосанитарной ситуации обусловливает необходимость применения комплекса пестицидов; усиливаются дефицит минерального азота и дифференциация пахотного слоя; возникают сложности при внесении удобрений и мелиорантов; имеются ограничения при повышенном увлажнении, солонцеватости и переуплотнении почв.
В последние десятилетия различные способы минимизации механической обработки почвы постепенно распространяются с засушливых территорий в районы с умеренным климатом. В этих условиях теряются некоторые преимущества этих систем обработки, отмечаемые в более южной зоне. В частности, ухудшение фитосанитарной ситуации в агроценозе, усиление дефицита азота в почве могут привести к утере основной характеристики почвозащитных технологий как энерго - ресурсосберегающих. Между тем, прежде всего, в целях ограничения эрозионных потерь почвы применение данных технологий в умеренной зоне неизбежно расширяется.
К настоящему времени в основном разработаны технологические проблемы минимизации механической обработки: приемы механического воздействия на почву, система удобрения культур, защиты растений и др. При этом остается слабо изученной почвенно-микробиологическая составляющая почвозащитной системы земледелия (особенно для почв умеренной зоны). Между тем именно почвенный микробный комплекс является не только фактором круговорота веществ в агроценозе, но и естественным барьером на пути попадания токсикантов в пищевые цепи. Последнее приобретает особое значение в условиях минимизации механической обработки почвы, невозможной без применения пестицидов.
Цель работы заключалась в разработке следующих почвенно-
микробиологических проблем почвозащитного земледелия применительно
условиям северной лесостепи: 1. Особенностей и агрохимических последствий
дифференциации пахотного слоя почвы по микробиологическим показателям
при прекращении традиционной вспашки. 2. Особенностей и
микробиологических причин снижения темпов минерализационных потерь углерода из почвы и накопления минерального азота. 3. Экотоксикологических
последствий применения комплекса пестицидов, регулирующих
фитосанитарное состояние агроценоза. Задачи исследования:
Определить количественные и качественные изменения в органическом веществе выщелоченного чернозема в зависимости от способа механической обработки.
Провести комплексную оценку изменения биологической активности почвы при многолетней минимизации основной обработки.
Изучить динамику минерального азота в корнеобитаемом слое почвы.
Исследовать влияние многолетнего применения комплекса пестицидов при минимизации механической обработки на живую фазу почвы.
Дать сравнительную характеристику процессов, протекающих в почве при сокращении интенсивности механической обработки и восстановлении аналогов естественной растительности на старопахотной почве, для определения направленности процессов почвообразования при минимизации механической обработки.
Защищаемые положения:
Степень дифференциации корнеобитаемого слоя почвы по микробиологическим и биохимическим показателям при прекращении вспашки стабилизируется в течение первой ротации пятипольного зернопарового севооборота и определяется уровнем минимизации механической обработки.
Накопление мортмассы в поверхностном слое стерневых фонов способствует понижению порога чувствительности микробного комплекса почвы к воздействию пестицидов. При этом степень влияния пестицидов, применяемых на интенсивных технологиях возделывания зерновых в Приобье, находится в пределах устойчивости микробного комплекса почвы
Снижение удельной скорости разложения растительных остатков, падение активности нитрификационных процессов, повышение фитотоксичности грибного комплекса почвы являются общей чертой почв, выведенных из пахотного состояния. Использование почвы в агроценозе в условиях почвозащитного земледелия поддерживает уровень нитрификационных процессов на уровне, соответствующем степени минимизации обработки и не зависящем от длительности периода отсутствия вспашки. Применение пестицидов может усилить естественную тенденцию к повышению фитотоксичности грибного населения при накоплении и разложении растительных остатков в ограниченном объеме почвы.
Новизна работы. Показано, что почвенно - микробиологические процессы, происходящие при минимизации механической обработки, представляют собой сочетание естественных процессов самовосстановления свойств почвы, присущих ее целинным аналогам, и процессов антропогенных, направленных на повышение продуктивности агроценоза. Оценена степень проявления и значение этих процессов в формировании агрохимических и экотоксикологических свойств почвы.
- В условиях северной лесостепи Приобья проведена оценка агрохимических и экотоксикологических последствий двадцатилетней минимизации основной обработки почвы.
Для почв Западной Сибири реализован комплексный подход к оценке экотоксикологического состояния почвенной среды на основе исследования параметров структуры и функционирования почвенного микробного комплекса почвы, биотестирования на проростках высших растений и на клетках простейших. Доказана экологическая безопасность многолетней интенсификации технологий возделывания зерновых в Приобье.
Прослежена 20 летняя динамика особенностей и темпов самовосстановления биологических свойств почвы, выведенной из пахотного состояния.
Практическая значимость. Обоснована агрохимическая допустимость и экологическая безопасность многолетней минимизации механической обработки почв в северной лесостепи Приобья вплоть до полного отказа от вспашки.
Апробация работы. Результаты исследований были представлены: VII
Всесоюзном съезде почвоведов (Новосибирск, 1989); на IV Докучаевском
съезде почвоведов (Новосибирск), 2004).; на республиканской конференции «
Экологические аспекты использования и охраны почвенных ресурсов и
окружающей среды в условиях интенсивной химизации» (Кишинев, 1990); 2
Всероссийской конференции «Эколого-экономические основы безопасной
жизнедеятельности» (Новосибирск, 1993); международной конференции
«Почвозащитная система земледелия и зерновое производство на Евразийском
континенте в XXI веке» ( Новосибирск, 1998); на конференциях, посвященных
памяти Н.В.Орловского «Почвы Сибири, их использование и охрана»
(Красноярск 1999, Абакан, 2003); на международных научно-практических
конференциях «Проблемы стабилизации и развития сельскохозяйственного
производства Сибири, Монголии и Казахстана в XXI веке» (Новосибирск, 1999;
Алма-Аты, 2000; Абакан, 2002; Алма-Аты, 2004; Барнаул, 2005); на
международной научно-практической конференции «Проблемы
сельскохозяйственной экологии» (Новосибирск, 1999); на международной конференции «Геоэкологические проблемы почвоведения и оценки земель» (Томск, 2002); на международных научно-практических конференциях: «Повышение устойчивости биоресурсов на адаптивно-ландшафтной основе» (Оренбург,2003), «Агроэкологическая оптимизация земледелия» (Курск, 2004), «Агроэкологические функции органического вещества почв и использование органических удобрений и биоресурсов в ландшафтном земледелии» (Владимир, 2004); на международных конференциях, посвященных 95-летию со дня рождения академика ВАСХНИЛ А.И. Бараева (Шортанды, 2003) и 110-летию Т.С. Мальцева (Курган, 2005); на XII и XIII Сибирских агрохимических семинарах (Новосибирск, ИЛА СО РАН, 2003,2005).
Публикации: по теме диссертации опубликовано 37 работ.
Объем и структура работы; Работа изложена на 250 страницах; состоит из введения, 7 глав, выводов, включает 65 таблиц и 35 рисунков. Список литературы включает 350 источников, 94 из которых на английском языке.
