Введение к работе
Актуальность исследований.
В результате ежегодного отчуждения получаемого урожая в агро-экосистемах складывается, в отличие от естественных экосистем, некомпенсированный круговорот питательных элементов, особенно тех которые не вносятся с традиционными удобрениями (S, Alg, В, No, Ш и др.). Внедрение интенсивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур, которые предполагают внесение повышенных норм минеральных удобрений, извести и введение в культуру более урожайных сортов, усугубляет их дефицит. Недостаток названных элементов увеличивается при специализации растениеводства на выращивании культур, отличающихся их повышенным выносом . Так, например, специализация земледелия Дальнего Востока на выращивании сои привела к недостатку в ночвах Mo, частично S и В. Кроме того, существенный дисбаланс в круговорот названных элементов в последние годы внесло интенсивное применение высококонцентрированных удобрений, не содержащих или содержащих незначительное их количество (двойной и тройной суперфосфат, карбамид и др.), объёмы производства и применения которых к концу 80-х годов составили в нашей стране около 90% (Унанянц, 1975; Макаренко, 1987).
В настоящее время недостаток серы описан практически в большинстве стран с развитым земледелием, особенно там, где существует специализация растениеводства на возделывании крестоцветных и бобовых культур (Link Alex et al., 1995). Недостаток бора вырос в глобальную проблему. В последние годы появились сообщения более чем из 70-ти стран о случаях дефицита бора при выращивании сахарной свеклы, люцерны, рапса, яблони, винограда и других культур (Mahler, 1992). Ситуация с другими, изучаемыми нами элементами, также неблагополучна.
Следует подчеркнуть, что обьемы применения микроудобрений в нашей стране, это в равной мере относится и к серным удобрениям, никогда не достигали требуемых размеров, а внесение, например, молибденовых удобрений, даже в 2000 году не достигнет 3% от общей потребности (Аристархов и др., 1989). Дефицит серы и микроэлементов в сельском хозяйстве можно объяснить не только недостаточным производством данных удобрений, но также и слабой изученностью обширной территории России в отношении содержания исследуемых
элементов в почвах, эффективностью соответствующих удобрений и недостаточной разработанностью диагностики питания возделываемых растений серой и микроэлементами.
Ограниченность земельных ресурсов на Дальнем Востоке (всего 0,4 га на душу населения) и низкое плодородие имеющегося пахотного фонда диктует интенсивное применение удобрений для увеличения продуктивности растениеводства. Однако, поставки традиционных минеральных удобрений в настоящее время по разным причинам (увеличение экспорта удобрений, высокой стоимости их производства и транспортировки) резко сократились, в связи с чем растет интерес к применению местных агроруд, а также отходов промышленности, сельского и коммунального хозяйств. Зачастую сбыт и применение местных удобрений практикуется без должной их экспертной оценки и сертификации, что порождает экологические проблемы, связанные с включением в биогеохимический круговорот избыточного количества элементов не пользующихся "спросом" у растений, включая тяжелые металлы.
Цель и задачи исследований.
Основная цель проводимых исследований - дать теоретическое обоснование целесообразности применения удобрений, содержащих серу и микроэлементы на различных типах почв, а также разработать практические приемы их внесения с учетом биологической потребности возделываемых культур и экологического воздействия на почвы и агроэкосистемы.
Задачи исследований.
-
Выявить основные закономерности в содержании валовых и доступных форм серы и основных микроэлементов в наиболее распространенных пахотных почвах Дальнего Востока.
-
Определить величину накопления и выноса изучаемых элементов основными культурами возделываемыми на Дальнем Востоке.
-
Изучить особенности круговорота серы, марганца, молибдена и бора в ведущих агроэкосистемах. включая атмосферное звено.
-
Разработать наиболее приемлемую для местных условий диагностику питания основных возделываемых культур серой и основными микроэлементами.
-
Исследовать эффективность удобрений, содержащих S и микроэлементы, на основных типах пахотных почв Дальневосточного региона.
.-5-
6. Дать агрохимическую и экологическую оценку перспективных для региона удобрений, агроруд и отходов, содержащих изучаемые элементы.
Научная новизна.
Впервые для крупного региона (Приморья и Приамурья) выявлены наиболее общие и важные закономерности в содержании S, Мп, В и Мо в основных пахотных почвах. Дано теоретическое обоснование низкого содержания Мо и S, а также необычного соотношения валового и подвижного В в исследованных почвах. Показана роль процесса ортш-тейнообразования в почвенной миграции Мп и Мо.
Предложена концепция для объяснения различной истощаемости пахотных почв в отношении изучаемых элементов при возделывании сельскохозяйственных культур (на примере бобовых и злаковых). Впервые дана количественная характеристика (способ измерения) интенсивности вьиоса серы и основных микроэлементов по соотношению их хозяйственного и биологического выноса у основных возделываемых культур. Для обозначения этого параметра предложено ввести понятие - агрохимической активності.
На основе полученных данных по содержанию S и В в атмосферных осадках выявлены некоторые географические закономерности их поступления в почвы, а также роль океана и антропогенных источников в круговороте этих элементов в агрофитоценозах.
Впервые для региона изучены основные условия эффективного применения удобрений, содержащих S и микроэлементы, с учетом их экологических последствий и биологических особенностей удобряемых культур. Разработаны или усовершенствованы, обоснованы и использованы некоторые методы диагностики питания возделываемых культур изучаемыми элементами с учетом генетических и физико-химических особенностей почв региона и биологических особенностей выращиваемых культур.
Впервые для региона изучено влияние длительного и системати--іеского применения органических и минеральных удобрений на содер-кание S и микроэлементов в основных пахотных почвах. Дана экологическая характеристика применяемым в регионе удобрениям (в том меле нетрадиционным) в отношении содержания второстепенных элементов и тяжелых металлов.
Основные защищаемые положения.
1. Достоверность прогноза эффективности и перспективности применения удобрений, содержащих S и микроэлементы, существенно возрастает при использовании информации об их миграции в системе атмосфера - почва - растение в сравнении с традиционным подходом (содержание их в почве и поступление в растения).
-
Интенсивность выноса изучаемых элементов биомассой выращиваемых растений характеризуется понятием агрохимической активности, которая (количественно) определяется отношением хозяйственного выноса к биологическому. Скорость истощения почв в отношении изучаемых элементов зависит от особенностей их миграции в системе атмосфера - почва - растение (для S и В) и в системе почва - растение ( для Мо и Мп).
-
Предлагаются более обоснованные и соответственно модифицированные методы определения серы и основных микроэлементов в биологических объектах, с помощью которых разработана региональная шкала определения нуждаемости возделываемых культур в соответствующих удобрениях. Выбор метода зависит от задач исследования (диагностика питания, мониторинг, картографирование, региональный прогноз потребности в удобрениях).
-
По изучаемым микроэлементам предлагаются интервалы агрохимически, биологически и экологически оптимальных концентраций, позволяющие более достоверно прогнозировать и предотвращать негативные экологические последствия длительного применения микроудобрений в агрофитоценозах.
Практическая реализация исследований. Полученные автором сведения по круговороту S и микроэлементов в основных агрофитоценозах позволяют разработать агрохимически и экологически оптимальную систему применения удобрений, содержащих изучаемые элементы повысить урожайность возделываемых культур и улучшить качество получаемой продукции.
Предлагаемые модификации методов определения S и микроэлементов в почвах и растениях способствуют существенному повышению их производительности, чувствительности и достоверности прогноза эффективности применения соответствующих видов удобрений.
Методы диагностики питания растений серой и микроэлементами при интенсивном применении удобрений опубликованы в 1993 году в форме методического пособия и приняты для использования в Примор-
жом центре агрохимслужбы и во ВНИИ сои.
Содержащиеся в работе материалы и теоретические разработки нашли применение при составлении "Долговременной программы охраны природы и рационального использования природных ресурсов Приморского края до 2005 года", многотомного издания "Агрохимическая характеристика почв СССР (Дальний Восток)", зональных систем земледелия на 1986-1990 годы в Приморском крае и в Амурской области. Зни были использованы при издании многочисленных рекомендаций по повышению плодородия почв и урожайности возделываемых культур, Москва. 1963; Владивосток, 1971, 1975, 1985, 1937, 1993, 1994; '.іГімрппсіг. infifi, 197.5 и др )
На основании полученных автором материалов были разработаны л прошли государственную стандартизацию и регистрацию технические условия на производство борогипса, бората Mg, боразотного удобрения и цеолитов.
Апробация работы.
Основные положения и материалы докладывались на Всесоюзных и региональных конференциях и симпозиумах по проблемам биологической роли микроэлементов и их применению в сельском хозяйстве и медицине (Петрозаводск, 1965; Иркутск, 1966; Ленинград, 1970; Ивано-Франковск, 1978; Кишинев, 1981; Самарканд, 1990), на Всесоюзной конференции по биогеохимическому круговороту веществ (Пущине :')::;'). пл Всесоюзных делегатских скидах мс.';г:<>прд<>г. (Ллма Лт.а. ;971; Ташкент, 1985; Санкт-Петербург,1996), а-также на Всесоюзных симпозиумах, посвященным методам определения микроэлементов в природных объектах (Самарканд. 1973; Кишинев, 1977). Результаты исследований докладывались и обсуждались на региональных (Сибирских и Дальневосточных) совещаниях и конференциях, посвященных проблемам продуктивности сельского хозяйства, плодородию почв и экологии (Благовещенск, 1967, 1975, 1980, 1985, 1990; Владивосток, 1967, 1972, 1978, 1982, 1985, 1990. 1994, 1995; Новосибирск, 1962, 1989; Хабаровск, 1967, 1976, 1981, 1990 и др.), а также на международных симпозиумах (Хабаровск, 1979; Владивосток, 1994).
Публикации. По теме диссертации опубликована 4 1 печатная работа и <;тг чественных и зарубежных изданиях.
Объем, и структура работы.
Диссертация состоит из введения, семи глав и выводов. Объем текста 399 страниц, рисунков -11. таблиц - 95. Приложение включмо т 14 страниц. Список литературы содержит 492 наименования. и::; которых 77 на иностранных языках.
Автор глубоко признателен за плодотворную совместную творческую работу Ю.Н.Казачкову. Т.К.Прокоповой и С.В.Тепляковой.