Введение к работе
Актуальность работы. Значительный период времени в мелиорации почв доминировала целевая установка, что мелиорация (улучшение) направлена на изменении почвенного плодородия таким образом, чтобы растение формировало максимально возможный урожай. При этом учитывалось количественное выражение почвенных параметров, адекватное требованиям растений, как оптимальные условия внешней среды, сводя функции почвы к функциям субстрата. Далее проводились мелиоративные мероприятия, минимизирующие разницу между условиями среды и требованиями растений. Болотные почвы, как продукт взаимодействия всех внешних факторов, в природных условиях являются по С.А. Коляго молодыми геологическими образованиями, законсервированным на стадии предпочвы. Поэтому мелиоративное воздействие на них в жестких климатических условиях Средней Сибири должно быть щадящим, близким по характеру к течению естественных природных процессов и режимов. Уровень этого воздействия будет ограничен не только балансом тепло- и влагообеспеченности болотного массива, но и балансом поступления и отторжения растительных остатков и элементов минерального питания в почву и т. д., т. е. всеми основными параметрами, необходимыми для расчетов при обосновании комплекса мелиорации. Поэтому требуется системный подход к разработке почвенных агромелиоративных мероприятий, нацеленных не только на повышение продуктивности агроценоза, но и сохранение устойчивости функционирования мелиорируемых почв как природного ресурса.
Общеизвестно, что именно складывающаяся погодная комбинация (ситуация) определяет стартовые условия внутрисезонной и годовой ритмики (динамики) основных почвенных параметров. Поэтому даже при регулировании водного, воздушного, питательного, солевого и, отчасти, теплового режимов почв на мелиорируемых землях, колебания в продуктивности четко повторяют периодичность изменения погодных условий. Для Сибири такие "средние" технологии приемлемы еще в меньшей степени, поскольку тренды параметров внешних и, как следствие, внутренних факторов более значительны, чем в условиях мягкого климата.
Очевидно, что установление "коридоров" функционирования почвенных параметров, определение граничных условий, выход за которые выводит систему "почва-растение" из экологического равновесия и изменяет обратимо или необратимо вектор эволюции почв, насущная необходимость агромелиоративного почвоведения.
Поэтому приоритетной задачей является разработка теоретических и практических основ устойчивого функционирования агроэкосистем на осушенных торфяных Средней Сибири, в которых могла бы реализоваться парадигма «постоянного неистощительного природопользования» (Вомперскии, 1999), отвечающие экологическим требованиям природной
среды, качества получаемой продукции и качества жизни человека в конечном итоге.
Рабочая гипотеза диссертации разрабатывалась на основе концепции рационального использования торфяных ресурсов Сибири на первом этапе в рамках тематического плана научных исследований СибНИИГиМ по теме ГКНТ «Разработать и внедрить технологические процессы окультуривания осушенных земель, обеспечивающие высокий уровень почвенного плодородия» (№ гос. регистрации 01.88.0060851), последующего - по теме Федеральной программы «Плодородие почв», «Разработать модели (проекты) систем земледелия, адаптированные к агроэкологическим условиям мелиорированных агроландшафтов» (№ гос. регистрации 01.97.0009520).
Цель и задачи исследований. Теоретическое обоснование концепции устойчивого функционирования агроэкосистем на торфяных почвах с соблюдением условий простого и/или расширенного воспроизводства их плодородия, оптимизации продукционного процесса и высокого качества получаемой продукции.
В связи с этим в задачи исследований входило:
* определить закономерности формирования пространственно-временных
трендов варьирования параметров основных почвенных режимов как
функции внешних и внутренних факторов при антропогенном воздействии
на торфяные почвы;
* определить особенности продукционного процесса основных
сельскохозяйственных культур ня осушенных землях, их гвячк с. гЬяктппями
внешней среды, основы построения адаптированных севооборотов и комплекса почвенных агромелиорации;
разработать основные принципы создания устойчиво функционирующих агроэкосистем на торфяных почвах с использованием анализа ресурсного и информационного обеспечения в реализации оптимального управления продукционным процессом сельскохозяйственных культур и сохранения их как ресурса биосферы;
установить экологические ограничения антропогенного воздействия в системе "почва-растение" и систему оценок функционирования агроэкосистем;
Разработать формулу экологически чистых удобрений и химических мелиорантов с использованием системного анализа основных свойств почв.
Научная новизна:
Сформулированы концепция устойчивого функционирования агроэкосистем на торфяных почвах Средней Сибири, как частный случай закона эволюционного развития биологических объектов; новый методологический подход дифференциации управляющего воздействия на
каждом иерархическом уровне на базе информации о вариабельности основных параметров и введении экологических ограничений.
Впервые предложен компонентный состав экологически чистых удобрений на основе цеолитов с учетом закономерностей функционирования почвы, как самоорганизующейся и саморазвивающейся открытой системы.
На защиту выносятся:
Концепция устойчивого функционирования агроэкосистем на торфяных почвах на основе системной оценки природных свойств и принципы разработки комплекса агромелиоративных мероприятий с использованием информационно-ресурсного потенциала системы, экологических ограничений и многокритериальной оценки.
Практическая ценность. Предложены структура информационного
обеспечения с экологическими ограничениями при разработке
функциональной модели простого и расширенного воспроизводства плодородия почв и алгоритм разработки ресурсосберегающей технологии возделывания сельскохозяйственных культур на освоенных болотных низинных торфяных почвах.
Разработана методика планирования и оперативного регулирования пищевого, температурного и водно-воздушного режимов торфяных почв, позволяющая рационально использовать материальные и природные ресурсы и избежать дестабилизации равновесного состояния функционирования агроценозов.
Разработан комплекс агромелиоративных мероприятий для основных типов осушенных почв, дифференцированный для южно-таежной лесной и лесостепной земледельческих зон.
Предложены экологически чистые удобрения и субстраты на цеолитной основе и использовании органической составляющей, а также технологии их приготовления и использования.
Реализация работы. Научные данные и выводы использованы при составлении 10 нормативных документов. В ряде из них автор принимала непосредственное участие в разработке:
Также результаты исследований явились основой для разработки разделов рекомендаций по сельскохозяйственному освоению и использованию мелиорируемых земель Сибири в нормативных документах зонального и республиканского значения.
Использование рекомендаций в практике мелиоративного земледелия позволяет достичь продуктивности 35-40 ц к. е./га на осушаемых торфяных почвах Средней Сибири при устойчивом воспроизводстве их плодородия, не выводящем систему «почва-растение» из экологического равновесия, и хороших качественных показателях кормовых культур.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на:
Всероссийской конференции, посвященной 100-летию освоения Барабы, г. Новосибирск, 1995;
Научно-практической конференции «Проблемы мелиорации земель Сибири», Красноярск, 1996;
Конференции, посвященной 150-летию со дня рождения В.В.Докучаева, Красноярск, 1997;
Зональной научно-практической конференции «Цеолиты Красноярского края», Красноярск, 1998;
Всероссийском научно-техническом семинаре-совещании «Мелиорация земель — как фактор устойчивого развития АПК», Красноярск, 1998;
Региональной конференции и выездном заседании Президиума СО РЛСХН, посвященных 75-летию Хакасского института аграрных проблем, Абакан, 1998.
Годичном собрании СО РАСХН, Новосибирск, 1999.
Сибирском агрохимическом семинаре-99, «Современные проблемы почвоведения и агрохимии Западной Сибири», Институт почвоведения и агрохимии СО РАН.
Международной конференции «Инвестиционный потенциал природных ресурсов Красноярского края». Красноярск, 2000.
Ш делегатском съезде Докучаевского общества почвоведов. Суздаль, 2000
В подготовке рукописи диссертации использованы материалы, полученные при непосредственном участии и под руководством автора за 27 лет исследовательской работы в СибНИИГиМ. Огромную благодарность выражаю сотрудницам: Рыбкиной Т.П., Бушиной О.Н., Ионцевой Л.П., Хабибулиной СВ., Герасимович В.Н., Клименко О.В., Чехонадской Л.К. и многим другим, - посвятившим себя в разные годы нелегкому и кропотливому труду научного работника. А также за поддержку и безграничное терпение научных руководителей на первых этапах исследований - д.с.-х.н., профессора Петра Семеновича Бугакова, и д.с-х.н. Николая Георгиевича Рудого.
Работа структурно состоит из введения, 5 глав, выводов и предложений производству, включает 95 таблиц, 66 рисунков, 4 фотографии. Список литературы состоит из 250 работ, в т. ч. 19 на иностранном языке.