Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы
1.1 Современное представление об адаптивно-ландшафтном земледелии
1.2 Влияние отдельных факторов на продуктивность картофеля 33
2. Метеорологические условия вегетационных периодов 1997-1999 гг.
3. Характеристика объектов и методов исследований 49
4. Результаты исследований:
4.1. Влияние различных частей агроландшафта на уровень плодородия почв
4.2. Анализ агрофизических показателей пахотного слоя дерново-подзолистых почв.
4.3. Результаты наблюдений за адаптивными реакциями развития растений, фазами развития
4.4. Пространственная вариабельность урожая картофеля в различных микроландшафтах
4.5. Оценка структуры урожая картофеля 91
4.6. Выделение агроэкологически однотипных территорий (АОТ) Q, с учетом ландшафтно-мелиоративных условий
4.7. Определение лимитирующих факторов, влияющих на произрастание картофеля в пределах различных АОТ
4.8. Анализ качественных показателей клубней картофеля
4.8.1. Биохимический состав клубней 106
4.8.2. Анализ содержания в клубнях картофеля 11« микроэлементов и тяжелых металлов
5. Баланс питательных веществ (NPK) при выращивании картофеля в различных ландшафтных условиях
6. Биоэнергетическая оценка выращивания картофеля в различных ландшафтных условиях
7. Экономическая эффективность возделывания картофеля в изучаемых микроландшафтах
8. Выводы 140
9. Предложения производству 144
Список используемой литературы. 145
- Влияние отдельных факторов на продуктивность картофеля
- Метеорологические условия вегетационных периодов 1997-1999 гг.
- Анализ агрофизических показателей пахотного слоя дерново-подзолистых почв.
- Баланс питательных веществ (NPK) при выращивании картофеля в различных ландшафтных условиях
Введение к работе
Преодолеть многочисленные негативные тенденции в развитии современного сельского хозяйства без соблюдения принципов адаптивности на всех уровнях организации АПК практически невозможно. Об этом свидетельствуют многочисленные данные о катастрофически возросших масштабах водной и ветровой эрозии почвы в нашей стране в связи с повсеместным переходом к пропашной системе земледелия в 60-х годах XX века.
Почвенный покров является важнейшим компонентом не только агросфе-ры, но и биосферы в целом, регулирующим продукционный, гидрологический, газовый и гигиенический режимы суши земного шара и атмосферы. Кроме того, плодородие почвы рассматривается в качестве не только важнейшего, созданного в течении длительной эволюции энергоресурса Земли, но и как особая среда жизни, существенно влияющая на поддержание экологического равновесия биосферы. При техногенной интенсификации растениеводства огромный ущерб наносится в первую очередь плодородию почвы. Использование современной техники приводит к ухудшению физических, химических и биологических свойств почвы: уплотнению пахотного горизонта, разрушению структуры, уменьшению коэффициента аэрации, в результате чего усиливаются потери гумуса, нарушаются микробиологические процессы, снижается плодородие [46]. Если в естественном состоянии почва способна, хотя и медленно, накапливать азот и углерод, то в условиях интенсивного земледелия, вследствие их изъятия с урожаем, эрозии ее верхнего слоя и выщелачивания, происходит постоянное уменьшение общего запаса азота в почве, переход окиси азота и N2 в атмосферу, что, в конечном счете, нарушает ряд жизненно важных естественных циклов в биосфере.
Поскольку естественный цикл восстановления почвы весьма длителен, ее вполне обоснованно относят к условно или лишь частично восстанавливаемому ресурсу природной среды.
Состояние земельного фонда России оценивается учеными как критическое: более половины площадей сельскохозяйственных угодий (а на пашне до 60 %) подвержено водной эрозии и дефляции. Площадь эродированной пашни ежегодно увеличивается на 400-500 тыс. га. За последние 20 лет запасы гумуса в черноземах сократились на 25 %, а в отдельных регионах на 20-40 %. Более 18% пашни и кормовых угодий переувлажнены и заболочены. Площади земель, подверженных техногенному загрязнению, достигают 92 млн. га, в том числе около 5 млн. га загрязнены радионуклидами [46].
Снижение биопродуктивности агроландшафтов обусловлено также тем, что объемы внесения минеральных и органических удобрений в почву продолжают снижаться. По мнению ученых [17], топливно-энергетические ресурсы в АПК России используются расточительно и неэффективно. Процессы деградации почвенного покрова и снижения эффективности энергетических ресурсов обостряются, когда отсутствуют нормативные акты землепользования при различных формах собственности.
Хотя первые сведения об отрицательном влиянии загрязнения природной среды на качество продукции относятся к XVII веку [165], всеобщее внимание к этой проблеме было привлечено лишь в 50-х годах XX столетия. Выяснилось, что с увеличением доз азотных удобрений содержание нитратов в растениях, в том числе потребляемой их части, возрастает [1]. Накопление удобрений в водоемах вызывает процесс эвтрофикации, то есть развития специфической растительности, прежде всего сине-зеленых водорослей, приводящих к дефициту в воде кислорода и гибели живых организмов.
Резко ухудшилось состояние окружающей среды. Несмотря на то, что по общему признанию ученых, "экология - это экономика природы", в сфере жизнеобеспечения человека экономика и экология - антиподы. Сторонники такого подхода утверждают, что для экономики наиболее важен быстрый оборот капитальных вложений и это приносит будущее в жертву настоящему. По этой при- чине практически несовместимы критерии оценки экономической (денежные единицы) и экологической (энергетические единицы) эффективности.
Исследователи пришли к осознанию необходимости ведения земледелия на основе учета законов функционирования природных экосистем и ландшафтов [64]. Адаптивно-ландшафтный подход к сельскохозяйственному природопользованию выступает в качестве составной части адаптивно-биосферного. Особая важность повышения адаптивности систем земледелия обусловлена тем, что вариабельность величины и качества урожая в "цехе под открытым небом", все в большей степени зависит от способности самих культивируемых растений и агроэкосистем противостоять нерегулируемым абиотическим и биотическим стрессам за счет соответствующих адаптивных реакций.
Негативные последствия недостатка и дороговизны минеральных удобрений и пестицидов в последние годы резко усугубляются нежеланием большинства хозяйств перейти к адаптивно-ландшафтному внутрихозяйственному землеустройству, то есть более дифференцированному использованию природных, биологических, техногенных ресурсов, пересмотреть сложившуюся структуру посевных площадей в сторону насыщения ее бобово-злаковыми компонентами, в том числе многолетними травами, повысить долю культур фитосанитаров и фитомелиорантов.
Земледелие на ландшафтной основе должно обеспечить экологически безопасное и экономически целесообразное использование природных и антропогенных энергетических ресурсов. Решение задачи предполагает системное исследование процессов и явлений в агроландшафтах с целью определения количественных параметров режимов трансформации в них энергии и вещества.
Принципиальная особенность в ведении земледелия на ландшафтной основе заключается в необходимости определения структурных территориальных единиц для глубокого системного анализа и количественной оценки биоэнергетических процессов в них [45].
Разработка земледелия на ландшафтной основе в условиях многоукладно-сти хозяйствования предусматривает приоритет ландшафтной морфогенетиче-ской структуры территории над хозяйственными и административными границами [18], ее необходимость объясняется рядом объективных причин. Ландшафтный подход, во-первых, позволяет обеспечить гармоническую взаимосвязь природы и человека; во-вторых, он расширяет и усиливает роль факторов адаптивной интенсификации земледелия, переводит их действие в качественно иную плоскость через биологический и биохимический круговорот вещества, энергии в природной экосистеме; в-третьих, помогает не только смягчить, но даже остановить процессы деградации почвенного покрова, воспринимаемые часто применительно к конкретному землепользованию (землевладению) как необратимые; в-четвертых, обеспечивает значительное увеличение производительности адаптивного земледелия при одновременном снижении его энергетической затратности; в-пятых, создает научную основу эффективного функционирования агропромышленного производства и социально-экономического благополучия человека [119].
Несмотря на длительный период развития ландшафтоведения, основные вопросы организации и ведения земледелия в агроландшафтах остаются в значительной мере проблемными.
В теории получения высоких урожаев важнейшая роль принадлежит основному закону земледелия - физиологической незаменимости и равнозначности всех факторов жизни: света, тепла, воздуха, воды и пищи. Поэтому одной из актуальных проблем разработки ландшафтных систем земледелия является адаптивное размещение посевов сельскохозяйственных культур, способствующее удовлетворению их физиологических потребностей.
Особые условия для питания культур, которые создаются под влиянием ландшафта, способствуют появлению у растительных организмов специфических реакций на содержание элементов питания в среде, что свидетельствует об адаптации растений к изменяющейся геохимической обстановке.
Картофель, являясь основной культурой Нечерноземной зоны, играет важную роль в обеспечении населения продуктами питания. Урожайность этой культуры, чутко реагирующей на характер природной среды поля, сильно зависит от принципа размещения ее посевов. Высоких урожаев картофеля можно достигнуть лишь при условии правильного обеспечения растений всеми этими факторами одновременно, непрерывно и в наибольшем потребном количестве [115].
Актуальность. За последнее десятилетие в земледелии Нечерноземной зоны России произошло существенное снижение вносимых в почву удобрений, средств химической мелиорации, снизилось качество обработки почвы. В результате выявлена четкая тенденция ухудшения основных агрохимических показателей почвы и наблюдается понижение урожайности основных полевых культур. Поскольку повысить дозы вносимых удобрений не представляется возможным, то целесообразно более широко внедрять в земледелии принципы адаптивности.
Земледелие на ландшафтной основе должно обеспечить экологически безопасное и экономически целесообразное использование природных и антропогенных энергетических ресурсов. Решение задачи предполагает системное исследование процессов и явлений с целью определения количественных параметров релшмов трансформации в них энергии и вещества. В работе сделана попытка выявить влияние агроландшафта на физико-химические свойства дерново-подзолистых почв, а также проанализировать группу факторов, которые в наибольшей степени влияют на урожайность и качество клубней картофеля.
Цель исследований - изучение адаптивных реакций картофеля на ланд-шафтно-мелиоративные условия и определение основных принципов размещения его посевов (посадки) в пределах агроландшафта конечно-моренной гряды. В задачи исследований входило: 1. Изучить влияние различных ландшафтно-мелиоративных условий в пределах агроландшафта конечно-моренного холма на агрохимические и агро- физические свойства дерново-подзолистой почвы в условиях Центрального Нечерноземья.
Выявить адаптивные реакции картофеля на изменение ландшафтно-мелиоративных условий в пределах агроландшафта, установить влияние микроландшафтов на урожайность и качество картофеля.
Выделить агроэкологически однотипные территории (АОТ) в пределах агроландшафта и выявить факторы, лимитирующие продуктивность картофеля в них.
Рассчитать баланс питательных веществ (NPK) при выращивании картофеля в различных агроландшафтных условиях.
5. Определить биоэнергетическую оценку и экономическую эффектив ность возделывания картофеля в отдельных микроландшафтах.
Научная новизна. Проведена сравнительная оценка агромикроландшаф-тов и выявлена их роль в формировании свойств дерново-подзолистых почв. Впервые в условиях Верхневолжья установлено влияние микроландшафтов на формирование урожая и качество клубней картофеля. Определены факторы, лимитирующие урожайность культуры. На основе пространственной вариабельности урожая картофеля выделены агроэкологически-однотипные территории (АОТ), что является научной основой для выбора типов севооборотов и участков в агроландшафтах с целью размещения в них посадок картофеля.
Практическая значимость. Выявленное в результате исследований влияние агромикроландшафтов на агрофизические свойства дерново-подзолистых почв, урожайность картофеля и его качество, позволяет рекомендовать производству задействовать наиболее плодородные почвы агроландшаф-тов и за счет этого увеличить валовой сбор клубней картофеля. Установлено, что лучшими агроландшафтами для выращивания культуры являются элювиально-аккумулятивный, транзитный южного склона и элювиальный. Микроландшафты северного склона и транзитно-аккумулятивный южного целесообразнее использовать для производства зерновых культур и многолетних трав.
Реализация результатов исследований. Результаты научных исследований применяются при выращивании картофеля в совхозе «Медновский» Калининского района Тверской области, на площади 50 га. Средняя урожайность культуры составляет 150-170 ц/га.
Апробация работы. Результаты исследований доложены и обсуждены на научно-практических конференциях в Тверской государственной сельскохозяйственной академии в 1998, 1999, 2000, 2001 гг.; на третьей научной конференции «Миграция тяжелых металлов и радионуклидов в звене: почва-растение-животное-продукт животноводства-человек», В.- Новгород, 2001; на научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития агроландшафт-ного комплекса Тверского региона», ТСХА, Тверь, 2002. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.
Основные положения, выносимые на защиту: влияние различных агроландшафтов на уровень плодородия и агрофизические свойства дерново-подзолистых почв; адаптивные реакции растений картофеля на агроландшафтные условия в прохождении фенологических фаз; пространственная вариабельность урожая картофеля и элементов структуры в различных микроландшафтах; выделение агроэкологически-однотипных территорий (АОТ) с учетом ландшафтно-мелиоративных условий и определение лимитирующих факторов, влияющих на произрастание картофеля; анализ качественных показателей клубней картофеля различных АМЛ; баланс питательных веществ (NPK) при возделывании картофеля в различных ландшафтных условиях; экономическая эффективность и биоэнергетическая оценка возделывания картофеля в отдельных микроландшафтах.
Влияние отдельных факторов на продуктивность картофеля
Исследования в области адаптивных реакций растений дадут возможность выявить территории, благоприятные для роста культур, что и будет положено в основу построения агроэкологически устойчивых агроландшафтов.
В нашей работе изучались адаптивные реакции картофеля. Картофель - культура интенсивного земледелия. Для получения высоких урожаев, необходимо вносить в почву высокие дозы как органических, так и минеральных удобрений. Как известно, только часть вносимых удобрений используется растениями. В почве происходит закрепление минеральных соединений азота, которые становятся труднодоступными для использования растениями [174,184].
Много питательных веществ вымывается из корнеобитаемого слоя, а также в результате денитрификации происходит потеря азота из почвы, что приводит к загрязнению окружающей среды [160,132]. Кроме того, нехватка и дороговизна удобрений привела к снижению урожаев картофеля до 60-70 ц с 1 га. Один из путей выхода из сложившейся ситуации - изыскание пахотных земель в пределах агроландшафтов, наиболее подходящих для возделывания этой культуры. Выращивание картофеля в этих местах позволит стабилизировать его продуктивность при соблюдении экологических норм, экономии труда и материально-технических ресурсов.
Картофель хорошо растет на легких почвах, которые по сравнению с тяжелыми более теплопроводимы, обладают большими ресурсами тепла, раньше и глубже прогреваются, в них создается благоприятный воздушный режим и микроорганизмы работают более активно. Существенным показателем при возделывании картофеля является степень аэрации почвы. Содержание кислорода в почвенном воздухе должно быть не менее 15-20 %, в то время как для большинства сельскохозяйственных культур вполне достаточно 5 %. В плотной сла-боаэрируемой почве тяжелого механического состава ухудшается водно-воздушный и пищевой режимы, корни растут плохо, поглотительная способность их снижается. В уплотненной или излишне увлажненной почве корни отмирают, урожай резко уменьшается. В этих условиях, при наличии пищи и влаги развивается только ботва [13,53,115,144,171].
Несмотря на то, что картофель лучше других сельскохозяйственных культур переносит повторные и даже бессменные посадки, для товарных целей его, как правило, выращивают в севооборотах [81,50,87]. В противном случае создаются благоприятные условия для накопления вредителей и возбудителей болезней, концентрирующихся как на картофеле, так и на сорняках. В севооборотах, даже если они наполовину насыщены картофелем, степень поражения культуры болезнями и повреждение вредителями значительно снижается. Установлено положительное влияние севооборота на обеспечение растений питательными веществами, получение высокого урожая качественных клубней. Севооборот способствует оптимизации водно-физических свойств почвы, что создает благоприятные условия для широкого применения машин при выполнении всех полевых работ в картофелеводстве, снижает механическое повреждение клубней в процессе уборки комбайнами и в результате значительно сокращаются потери картофеля при хранении. По данным зарубежных исследователей [163], выращивание картофеля на фоне минеральных удобрений с применением 30 тонн навоза на 1 га в севообороте обеспечило прибавку урожайности на 40 % по сравнению с бессменной культурой, под которую вносили 90 тонн навоза. Это происходит за счет большей биологической активности почвы в севообороте. Выращивание в севообороте позволило получить больше клубней крупной фракции. В США [185] достаточно широко распространен севооборот, в котором картофель чередуется с зерновыми культурами - гречихой, просом, смесью гороха и овса. При этом картофель меньше повреждается нематодой и лучше освобождается от сорняков после ячменя, пшеницы, кукурузы на зерно. В Нидерландах картофель обычно выращивают в четырехпольном севообороте, реже в трехпольном: картофель, сахарная свекла, зерновые. Лучшим севооборотом для картофеля в Канаде считается шестипольный с двумя полями картофеля после бобовых трав.
Однако увеличение удельного веса картофеля в севообороте способствует развитию болезней [186]. Севообороты служат ядром организации земледелия и должны обеспечивать хорошее фитосанитарное состояние, эффективное применение органических и минеральных удобрений [68]. Посадка - одна из ответственных операций в агротехнике картофеля и ей уделяют особое внимание, проводят своевременно и с высоким качеством. Промедление или поспешность снижают урожай на 16-20 % [78,80,77].
Продолжительное время картофель выращивали с междурядьями 70 см [169,172]. Многолетние исследования (в течение 12 лет), сравнительные и производственные испытания различных технологий в разных хозяйствах показали преимущества технологии возделывания картофеля с широкими междурядьями -140 см. [12,121].
Наряду с технологией возделывания с шириной междурядий 140 см, исследовали гряды шириной 180 см. При таком расположении клубней легче регулировать норму посадки по сравнению с лентой на гряде шириной 140 см. Если расстояние между рядами в ленте величина постоянная, то за счет изменения его между клубнями в ряду можно регулировать густоту посадки.
При расстоянии между клубнями 30 см на гряде шириной 140 см требуется 50 тысяч клубней, а на гряде в 180 см - 70 тысяч клубней на 1 га. На широких грядах более эффективно используется площадь питания [28].
Любая технология возделывания картофеля включает многократные рыхления почвы. В результате она не только рыхлится, но и уплотняется на глубину до 1 м, разрушаются структурные агрегаты, в ней увеличивается содержание пыли. Наличие большого количества бесструктурных пылеватых частиц создает реальную угрозу для заплывания почвы и образования корки. Вследствие этого ухудшаются процессы газообмена, увеличивается плотность сложения, что приводит к необходимости дополнительных рыхлений перед посадкой, а также в процессе роста и развития культуры [173,194].
В гребнях, сформированных независимо от типа почвы, в начале вегетации растений через 25-30 дней после посадки клубней, создаются благоприятные условия для роста и развития корневой системы, что способствует раннему образованию столонов и клубней и повышает урожай [9].
Метеорологические условия вегетационных периодов 1997-1999 гг.
Кроме природных условий отдельных местоположений, на продуктивность сельскохозяйственных культур влияют различные климатические факторы. Метеорологические условия в годы исследований характеризовались разнообразием агроклиматических показателей. В этот период вошли как экстремально сухие, так и избыточно влажные годы, были периоды поздних и ранних заморозков. Все это отложило заметный отпечаток на адаптивные реакции растений в пределах различных микротерриторий и более рельефно вычленило роль ландшафтных факторов в процессе формирования продукции сельскохозяйственных культур.
В мае 1997 г. (приложение 1) преобладала холодная погода (на 0,9С ниже обычного) с частыми заморозками и обильными дождями (осадки 180 % от нормы) (приложение 2). Агрометеорологические условия для проведения сева были удовлетворительными. В 1998 г. май оказался теплым (на 2,3 С теплее обычного), с кратковременными дождями, сумма осадков составила 78 % от нормы. Агрометеорологические условия были хорошие. Май 1999 года характеризовался холодной и сухой погодой (на 2,8 С ниже нормы). Осадки выпадали в виде дождя и мокрого снега (65 % от нормы). Третья декада месяца была теплее и влажнее, агрометеорологические показатели приближались к средне-многолетним.
Июнь 1997 года характеризовался преимущественно теплой погодой (на 2,6 С теплее обычного), осадки выпадали в виде ливневых и обложных дождей, за месяц выпало 127 мм или 163 % от нормы. В 1998 году преобладала жаркая (по температурным условиям на 4,3 С теплее обычного) и сухая погода с неравномерными дождями, (сумма осадков составила всего 11 % от нормы). Жаркая погода ускорила развитие всех сельскохозяйственных культур. В июне 1999 года (осадков выпало лишь 4 % от нормы), а температура оказалась на 6,7 С теплее среднемноголетнего значения. Из-за жаркой, сухой погоды и недостатка влаги в почве, условия для роста и развития сельскохозяйственных культур были неблагоприятные.
В 1997 году в июле преобладала сухая (выпало всего 2 мм осадков) и жаркая (на 2С выше обычного) погода, а в 1998г. стояла умеренно теплая, близкая по температурным условиям к обычному и необычно дождливая погода. Осадки в виде ливневых дождей и мороси составили 137 % нормы. Июль 1999 года был жарким (на 4,4С теплее обычного) и засушливым (87 % осадков).
Август характеризовался в 1997 году теплой, на 2 С теплее обычного погодой с кратковременными дождями в начале и конце месяца. Сумма осадков составила 65 % от нормы. Недостаток выпавших осадков и отсутствие их в июле явилась негативным фактором для формирования урожая картофеля. Август 1998 года был преимущественно прохладным, на 1,9 С холоднее обычного, сумма осадков составила 182 % от нормы. Для проведения уборочных и посевных работ условия были крайне неблагоприятными. В августе 1999 года имела место умеренно теплая погода с частыми кратковременными дождями.
Сентябрь 1997 года отличался неустойчивой по температурному режиму погодой с заморозками и частыми осадками, сумма которых составила 89 мм (137 % нормы). В 1998 году этот месяц был преимущественно теплый, средняя температура близка к обычной. В конце месяца отмечались слабые заморозки. Агрометеорологические условия для уборки были неблагоприятные из-за дождей, высокой влажности воздуха и переувлажнения почвы.
В сентябре 1999 года погода оказалась теплее, а сумма осадков составила 32 мм (65 % нормы). На рисунке 1 показано сезонное изменение температуры воздуха в среднем за период исследований. Изменение суммы осадков за вегетационные периоды 1997-1999 гг. видно из рисунка 2.
Заметное снижение ГТК наблюдалось в июне и июле, во время протекания фаз всходов и бутонизации (рис.3, приложение 3). Напряженная ситуация с осадками в эти периоды негативно сказывались на росте и развитии картофеля в некоторых местоположениях, что будет показано ниже.
Анализ агрофизических показателей пахотного слоя дерново-подзолистых почв.
Чтобы иметь требуемые для растений количество кислорода в почве, необходимо сохранять ее в достаточно рыхлом состоянии с плотностью сложения не более 1-1,2 г /см3 - для дерново-подзолистых суглинистых и не более 1,2-1,4 г /см3 - для супесчаных и песчаных почв [115].
Агрофизические показатели пахотного слоя почвы за годы исследований по вариантам были разными (табл. 4). Как известно, картофель-культура рыхлых почв. В среднем за 3 года плотность сложения почвы на микроландшафтах не превышала 1,28 г/см3 (табл. 4). Достаточно рыхлыми были почвы на транзитном и транзитно-аккумулятивном агромикроландшафтах южного склона -1,16 г/см3. Все АМЛ северного склона имели плотность выше, а максимальное ее значение наблюдалось на транзитно-аккумулятивном варианте - 1,28 г/ см3. Элювиальный агромикроландшафт и элювиально-аккумулятивный АМЛ южного склона по плотности почвы занимали промежуточное положение и этот показатель здесь составил 1,18 и 1,19 г/см3. Различия в плотности сложения пахотного слоя почвы на исследуемых местоположениях объясняются неоднородностью гранулометрического состава почв объекта исследований. Почвы южного склона и вершины холма - легкого механического состава, супесчаные, тогда как почвы северного склона - легкосуглинистые.
Исследования показали зависимость урожайности картофеля от плотности сложения почвы. Как правило, наиболее высокой она была на микроландшафтах с плотностью почвы 1.16-1,18 г/см3. Достаточно высокими были колебания в плотности почвы по отдельным годам, хотя применявшаяся для возделывания картофеля агротехника, практически, мало чем отличалась. Основное влияние на ее динамику по годам оказывали погодные условия, прежде всего количество и интенсивность выпадающих дождей. Все это подтверждает существующее мнение о непостоянстве плотности сложения дерново-подзолистых почв.
Дисперсионный анализ агрофизических показателей почвы показал (табл.5 и приложение 5-7), что по плотности сложения почвы достоверные различия между агромикроландшафтами и средними значениями имеются только по одному варианту, транзитно-аккумулятивному северного склона. На микроландшафтах южного склона и на вершине плотность почвы была ниже средней по опыту. На всех вариантах северного склона наблюдалось ее увеличение, поскольку здесь сформировались почвы более тяжелого состава, чем на южном склоне.
Порозность аэрации, % 25,3 4,04 Картофель - культура требовательна к влажности почвы, хотя потребность неодинакова в различные периоды его роста и развития. В начале и в конце вегетации, когда испаряющая поверхность листьев невелика, растениям нужно меньше влаги, чем при выросшей ботве. С наступлением бутонизации и цветения при максимальной испаряющей поверхности листьев (в июле, августе) потребность во влаге у растений картофеля резко возрастает, хотя в этот период, как правило, наблюдаются пониженные значения гидротермического коэффициента.
В пределах агромикроландшафта конечно-моренного холма полевая влажность почвы варьировала от 16,6 % на транзитно-аккумулятивном АМЛ южного склона, до 24,2 % - на транзитно-аккумулятивном северного склона. Транзитные агромикроландшафты южного склона имели влажность почвы более низкую, тогда как на вариантах северного склона этот показатель был максимальным и составил 23,1 и 24,2 %. Элювиальные геокомплексы заняли по этому параметру промежуточное положение: там влажность почвы составила от 18,2 до 21,7%.
Объемная влажность почвы в целом коррелировала с полевой влажностью и варьировала от 22,7% - на транзитно-аккумулятивном агроландшафте южного склона, до 30,7% - на транзитно-аккумулятивном северного склона. На транзитных агроландшафтах южного склона объемная влажность почвы была ниже, тогда как на вариантах северного склона она находилась на 8,0-9,6% выше. По полевой влажности почвы достоверных различий между агромикро-ландшафтами не выявлено. Это объясняется контрастностью данного показателя по годам исследований. По объемной влажности различия между агромикроландшафтами были выражены более заметно, однако они оказались недостаточными. Содержание воздуха в почве зависит не только от влажности, но и от ее скважности или порозности. Общеизвестно, чем выше влажность почвы, тем меньший объем остается для воздуха и наоборот. Поэтому на избыточно увлажненных почвах складывается неудовлетворительный воздушный режим для растений. На хорошо обрабатываемых структурных почвах скважность составляет до 65 % объема почвы. Однако лишь в сухой почве весь этот объем может быть занят почвенным воздухом, в обычных условиях вегетационного периода часть объема пор всегда занята влагой.
Мы изучали порозность почвы на отдельных агроландшафтах. Общая порозность варьировала в пределах 55,4-59,7 %. Наиболее высокое значение свойственно элювиальному микроландшафту и минимальное - и минимальное -транзитно-аккумулятивного южного склона. Более высокая порозность почвы в нижней части склона, по сравнению с южным, по-видимрму связана с повышенным содержанием гумуса на северном склоне, который и препятствует быстрому уплотнению почвы. Проводимые обработки под картофель были одинаковыми на всех вариантах. Если учесть, что гранулометрический состав почвы северного склона был более тяжелым (легкосуглинистым), а южного - супесчаный, то можно говорить о влиянии гумуса на порозность дерново-подзолистых почв.
Достоверное изменение общей порозности на отдельных вариантах опыта по сравнению со средним значением выявлено лишь на элювиальном микроландшафте (разница 3,0 % при НСР 2,3 %). В соответствии с общей порозно-стью находилась и порозность аэрации.
Таким образом, такие агрофизические показатели пахотного слоя почвы как плотность и влажность имели различные значения по микроландшафтам -более высокие на вариантах северного склона, что оказало негативное влияние на урожайность картофеля. Зависимость урожайности картофеля от порозности почвы математически не доказана.
Баланс питательных веществ (NPK) при выращивании картофеля в различных ландшафтных условиях
Баланс питательных элементов является количественным выражением круговорота их в определенной биогеоценотической системе. Количественные показатели баланса питательных веществ позволяют судить об изменении потенциального плодородия почвы под влиянием природных факторов и хозяйственной деятельности человека, что важно при разработке мероприятий по повышению плодородия, охране почв и окружающей среды в целом. В нашей работе рассмотрен баланс трех основных элементов плодородия - азота, фосфора и калия. Баланс азота. Расчет баланса этого элемента необходим не только с точки зрения оценки систем удобрения и повышения плодородия почв, но и возможных его потерь в результате избыточного внесения азотных удобрений. Д.Н. Прянишников [1965] считал, что для устойчивого повышения урожайности сельскохозяйственных культур необходимо возвращать в почву 80 % азота к выносу с урожаем. Возделывание сельскохозяйственных культур в севооборотах при дефиците азота приводит к недобору урожая и постепенному истощению запасов гумуса и общего азота в почве. Избыточный баланс азота в севообороте, особенно на склоновых землях, может вызвать значительные его потери и как следствие загрязнение окружающей среды.
Баланс азота рассчитан нами с учетом источников его расхода и прихода в почву, установленных непосредственно в опыте или по литературным данным. Азотные удобрения на опыте не вносились. Поступление азота с атмосферными осадками в условиях Нечерноземной зоны мы брали в размере 5 кг на 1 га, Кулаковская [1978].
Исходя из данных, приведенных в этой работе, нами принято Д =4. Величины П и Р определялись по номограммам, приведенным в этом же источнике. Для этого использовались отчетные данные по содержанию в пахотных горизонтах гумуса, песка, мелкого песка и пыли, а также данные по длине и крутизне склонов. Почвозащитный коэффициент картофеля был взят нами из работы Добровольской Н.Г. [39], составляющий 0,45.
При изучении миграции азота с твердым стоком, рассчитывали баланс почвенного материала для каждого микроландшафта. При этом исходили из того, что материал, смытый с верхних частей катены поступает в нижние и аккумулируется там. Зная содержание элемента в почвах АМЛ, молшо вычислить его количество, пришедшее с твердым стоком.
По нашим данным аккумуляция почвенной массы происходит на тран-зитно-аккумулятивных микроландшафтах северного и южного склонов и составляет соответственно 2,1 и 10 т/га. С ней мигрирует 0,09-0,18 кг/га азота.
Более высокое содержание азота в почве отмечено на транзитных микроландшафтах северного склона - 113,2-115,9 кг/га. На вершине и микроландшафтах южного склона его количество составило 61,5-43 кг/га.
Расходная статья баланса азота включает вынос его из почвы с урожаем и определяется путем умножения содержания питательных веществ в растениях на величину урожая абсолютно сухого вещества основной продукции. Максимальный вынос с урожаем был на элювиально-аккумулятивном и транзитном микроландшафтах южного склона (97 и 94 кг/га). Несколько меньше вынос отмечен на транзитно-аккумулятивном южного склона и элювиальном микроландшафтах (79 и 78 кг/га). На всех микроландшафтах северного склона наблюдался самый низкий вынос азота с урожаем (69 - 61 кг/га).
Потери азота от эрозии, по нашим данным, составили 0,01-0,03 кг/га на элювиальных микроландшафтах и 0,16 кг/га на транзитных. На транзитно-аккумулятивных микроландшафтах баланс азота по твердому стоку был положительным. Газообразные потери азота по данным в среднем составили 9 кг/га. Мы исходили из равенства этой статьи для всех вариантов. Вынос азота с дренажными водами мы приняли в размере 3,8 кг/га на элювиальных микроландшафтах, 4,6 кг/га на транзитных, а на транзитно-акку-мулятивных микроландшафтах - 5,4 кг/га. Вынос азота сорными растениями мы оценили в 10 % от выноса его с урожаем, что составило 7,8-9,7 кг/га на микроландшафтах вершины и южного склона и несколько ниже, на микроландшафтах северного склона - 6,9-6,1 кг/га. Расход азота по вариантам варьировал от 80,9 кг/га на транзитном микроландшафте северного склона, до 119,5 кг/га на элювиально-аккумулятивном южного склона. Наши данные свидетельствуют, что баланс азота под картофелем по всем изучаемым вариантам был отрицательным (табл.14). Его дефицит составил: на элювиально-аккумулятивном и транзитном варианте южного склона 98,5 и 96,2 кг/га. Несколько ниже он был на транзитно-аккумулятивном микроландшафте южного склона и элювиальном (80,1 и 77,6 кг/га). Самый незначительный дефицит азота в почве отмечен на транзитных микроландшафтах северного склона (60,4 и 59,9 кг/га).
Дефицит азота оказался ниже на всех микроландшафтах северного склона. Это согласуется с урожайностью картофеля, а также оказываемым влиянием на почву микроландшафтных условий. Баланс фосфора. Контроль за интенсивностью баланса фосфора позволяет проследить за изменением содержания подвижных его форм в почве и исключить непроизводственные затраты фосфорных удобрений, не снижая продуктивности севооборота. При расчете баланса фосфора в нашем опыте учитывали поступление его с атмосферными осадками (0,2 кг/га в год), с высеваемыми семенами (5,5 кг/га в год) (табл.15). Таблица 15 Биологический баланс фосфора при выращивании картофеля в различных ландшафтных условиях в среднем за 1997-1999гг. Показатели Варианты опыта ТАю Тю ЭАю Э ЭАс Тс ТАс Приход- с атмосферными осадками,кг/га- с высеваемыми семенами,кг/гаПриход со смывом, кг/га 0,25,5 4,4 0,25,5 0,25,5 0,25,5 0,25,5 0,25,5 0,25,5 1,0 ВСЕГО, кг/га 10,1 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 6,7 Содержание в почве, кг/га 821 1011 1014 726 694 1192 1226 Расход: Вынос сорными растениями, кг/га 3,4 4Д 4,0 4,0 3,0 2,7 2,6 Инфильтрация с осадками, кг/га не учитывается Вынос с урожаем, кг/га Потери от эрозии, кг/га Всего вынесено, кг/га 34 41 40 40 30 27 - 3,7 0,55 0,13 0,11 1,7 37,4 48,8 44,5 44,1 33,1 31,4 28,6 Баланс, ±: -27,3 -43,1 -38,8 -38,4 -27,4 -25,7 -21,9
Общие его запасы (в кг/га) определяли по вышеприведенной формуле. Его количество в почве изменялось от 726 кг/га на элювиальном микроландшафте до 1226 кг/га на транзитно-аккумулятивном северного склона. Основной статьей расхода фосфора является его вынос с урожаем. Максимальный вынос определили на транзитном, транзитно-аккумулятивном микроландшафтах южного склона и элювиальном, соответственно 41 и 40 кг/га. Минимальный на транзитно-аккумулятивном северного склона - 26 кг/га. Инфильтрация с осадками не составляет заметной статьи расхода, в связи с малой растворимостью этого элемента. Вынос фосфора с сорными растениями приняли в 10% от выноса его с урожаем. В нашем опыте это составило 3,4- 4,0 кг/га в год на микроландшафтах южного склона и на вершине, а на микроландшафтах северного склона - 2,6-3,0 кг/га. Потери фосфора от водной эрозии, по нашим данным, носили определенные различия в разных АМЛ. Максимальный вынос имел место на транзитном микроландшафте южного склона 3,7 кг/га в год, тогда как на транзите северного склона, где уклон более пологий, вынос составил 1,7 кг/га в год. На элювиальных микроландшафтах вынос фосфора в результате водной эрозии был невысоким - 0,11-0,55 кг/га в год. Вынос фосфора с учетом всех статей расхода варьировал от 28,6 кг/га на транзитно-аккумулятивном северного склона, до 48,8 кг/га на транзите южного. Более значительный вынос фосфора отмечен на вариантах южного склона и на вершине.
