Введение к работе
Актуальность темы обусловлена планетарной ролью углерода и азота в создании живого вещества, формировании почвенного покрова и в продуктивности экосистемы.
Высокая сельскохозяйственная освоенность юга Средней Сибири, в пределах Красноярского края ('і млн.га),, влечет за собой заметные изменения в сложившихся природных циклах углерода и азота. В количественном отношении такие процессы изучены мало. Исследование биологического круговорота углерода и азота в агроэкосисте-мах и выявление закономерностей биогеохимических циклов в конечном счете позволяет разработать прогноз изменений и выработать конкретные практические мероприятия по предотвращению нарушений в естественных потоках элементов. Накопление таких знаний крайне важно и'потому, что они необходимы для создания информационной базы конструирования агроэкосистем, устойчивых к антропогенным нагрузкам.
В тесной связи с продуктивностью агроэкосистем и биологическим круговоротом углерода и азота находится сохранность и воспроизводство плодородия черноземов - основы пахотного фонда региона (62 пашни). Важным условием повышения плодородия является грамотное управление круговоротом и балансом биофильных элементов в агроэкосизтемах, оптимизация их параметров в почвах. Регулирование циклов углерода и азота в земледелии должно базироваться на понимании общей картины функционирования агроэкосистем и углубленном познании взаимоотношений между почвенными режимами и про-дукци онными проце ссами.
Нель работы - изучение продукционно-деструкциояных процессов и выявление закономерностей круговорота углерода и азота в агроэкосистемах Средней Сибири как теоретической основы разработки путей воспроизводства плодородия черноземов.
Основные задачи:
изучить структуру, динамику запасов растительного вещества и дать количественную оценку продукционно-деструкционных процессов в агроценозах разных севооборотов;
описать обменные процессы углерода и азота в агроценозах и установить основные закономерности биологического круговорота в зависимости от смены предшественника в севооборотах;
охарактеризовать гумусное состояние черноземов и выявить влияние агрогенных воздействий на процессы трансформации лабильной части органического вещества;
исследовать качественный состав азотного фонда черноземов и выяснить характер превращений азотистых соединений во внутри-почвенном цикле а в агроэкосистеме;
обосновать перспективы регулирования и воспроизводства плодородия черноземов.
Теоретическая значимость и научная новизна. Дана оценка показателей гумусного состояния и азотного фонда черноземов лесостепи Средней Сибири. Функционирование черноземов в агроэкосисте-нах характеризуется достижением равновесного состояния органического вещества со свойственным ему потенциалом устойчивости к биологическим потерям гумуса и установившейся скоростью круговорота . углерода и азота.
Для данного региона впервые получены количественные характеристики продукционно-деструкционных процессов в сезонном, годовом и многолетнем цикле агроэкосистем. Вскрыты закономерности биологического круговорота углерода и азота, построены балансовые модели и с их помощью показана направленность функционирования агроэкосистем в зависимости от смены предшественника в севообороте. Оценено участие растительных остатков полевых культур и фятомассы сидератов в продукционном процессе, гумусообразова-нии и формировании баланса углерода и азота.
В целях рационального землепользования и воспроизводства плодородия черноземов обоснована необходимость расширения посевов многолетних трав и увеличения доли сидеральних паров.
На защиту выносится концепция сущности роли свежего растительного вещества в продукционном процессе, гумусообразовании и формировании баланса углерода и азота на черноземах Средней Сибир:
сельскохозяйственное использование черноземов сопровождается тратой лабильных компонентов органического вещества, быстро восстанавливающихся при поступлении в почву свежих-растительных остатков;
запашка пожнивно-корневых остатков люцерны и донникового сидерата приводит к положительному балансу растительного вещества, углерода и азота в севооборотных звеньях;
интенсивности прсцесоов минерализации - гумификации и закрепления азота в гумуоном фонде зависят от массы и химического состава растительного вещества, поступающего в почву с пластом люцерны или сидератами.
Практическое значение работы заключается в возможности использования знаний круговорота углерода и азота в агроэкосисте-мах для разработки теории, методологии и технологии управления воспроизводством плодородия почв; для оценки основных компонент глобального цикла углерода и азота; для прогноза агрогенных воздействий на этот цикл; при организации мониторинга почв как информационной основы рационального землепользования и охраны почв от деградации.
Результаты исследований и развиваемые положения использованы при разработке рекомендаций по регулированию гумусного состояния черноземов земледельческой части Красноярского края (1986); в начавшихся работах по региональному мониторшгу почв и земель (1992); в учебном процессе по курсу почвоведения в Красноярском государственном аграрном университете; для планирования и организации дальнейших научных исследований характеристик углеродного и азотного циклов в агроэкосистемах. Материалы вошли в учебное пособие "Агрономическая характеристика почв земледельческой части Красноярского края" (1991), подготовленное при участии автора.
Аггообация. Материалы исследований были доложены на Всесоюзных съездах почвоведов (ІУ - Алма-Ата, 1970; УШ - Новосибирск, 1989), на X Всесоюзной симпозиуме "Биологические проблемы Севера" (Магадан, 1989), на Всесоюзных конференциях и совещаниях (Москва, 1975, 1979; Пущине-, 1982, 1993; Красноярск, 1987; Краснообск, 1990; Владивосток, 1990), на региональных научно-практических конференциях и совещаниях (Красноярск, 1975; 1978; 1985; 1987; 1993; Тюмень, 1981; Барнаул, 1986; Новосибирск, 1986; Абакан, 1992), на ежегодных (1978-1993 гг.) конференциях в Красноярском СХИ (ныне -агроуниверситет), на заседаниях Красноярского отделения общества почвоведов (1993).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 46 работ, в том числе 2 монографии и I учебное пособие. Общий объем публикаций около 25 п.л.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 8 глав, выводов, списка литературы а приложений. В диссертации 355 страниц машинописного текста, включая 72 таблицы, 29 рисунков, 30 приложений и библиографию из 389 наименований на русском и 28 на иностранных языках.