Введение к работе
Актуальность темы исследований. При существующей системе земледелия в условиях дефицита материальных и энергетических ресурсов в стране и резком снижении технической оснащенности сельских товаропроизводителей повсеместно наблюдаются деградации почвенного покрова и снижение урожайности сельскохозяйственных культур.
Положение усугубляет сокращение применения минеральных и органических удобрений, мелиорантов и т.д. (Г.Г. Решетов, В.С. Белов, В.В. Корсак, Е.Г. Пушкина, 2008).
В Саратовской области за последние 40 лет запасы гумуса в почве снизились на 17–20 %. Это объясняется несбалансированностью прихода и расхода органического вещества, повышением разложения гумуса вследствие интенсивных обработок почвы.
Выход из создавшегося положения – адаптация земледелия к местным условиям (В.В.Докучаев, 1936; В.И.Вернадский, 1946; И.Е. Овсинский, 2008 и др.) Докучаев В.В. показал несостоятельность потребительского подхода к природопользованию. Новый подход к повышению плодородия почв, устойчивости и эффективности их использования основывается на системном подходе, согласно которому критерием оценки продуктивности агросистем кроме прибыли является экологическая устойчивость. Это приближает агроландшафты к природным ландшафтам, где важную роль в его формировании имеют фиторесурсы. Растения предотвращают сток воды, эрозию, непродуктивные испарения влаги, перегрев почвы, заиливание пор, создаются благоприятные условия для биоты.
В трудах А.А.Жученко, А.Н.Каштанова, В.И.Кирюшина, М.Лыкова, А.П.Щербакова, А.И.Шабаева заложены методологические основы адаптивно – ландшафтных и биологических систем земледелия.
Отличительной чертой биологизации земледелия является создание в почве большого запаса органического вещества (углеродного сырья) для усиления микробиологической активности почв и повышение содержания в них гумуса и азота. Фитомелиорация рассматривается как основной элемент биологизации земледелия, мощный фактор регулирования биогенности почвы за счет постоянного обеспечения почвенной микрофлоры и зоофауны растительным сырьем.
Для этого в качестве органических удобрений используются пожнивно-корневые остатки, бобовые культуры как азотонакопители, осадки сточных вод, солому, многолетние травы как фитомелиоранты. Многолетние травы - фитомелиоранты малозатратны, экологически безопасны, приближают агрофитоценоз к естественным фитосистемам. За счет длительного периода произрастания они полнее используют факторы окружающей среды.
Продолжение развития идей адаптивно-ландшафтных систем земледелия с применением системного подхода к использованию фитомелиорантов и составляет основу настоящей работы и определяет её теоретическую и практическую актуальность.
Исследования проводились в соответствии с областной целевой программой «Сохранение и восстановление плодородия почвы земель сельскохозяйственного назначения и агроландшафтов на период до 2013 года». Закон Саратовской области от 29.12.2006 №152.
Цель работы – дать теоретическое обоснование и разработать практические приёмы повышения эффективности систем фитомелиорации для сохранения и расширенного воспроизводства плодородия черноземов южных и каштановых почв Поволжья.
В задачи исследований входило:
дать теоретическое обоснование использования систем фитомелиорации черноземов южных и каштановых почв и приемов повышения ее эффективности, разработать структурный алгоритм системы фитомелиорации;
определить воздействие многолетних трав на поступление в почву свежего органического вещества и биологического азота на чернозёмах южных и выявить влияние многолетних трав на содержание гумуса в почвах;
проанализировать изменения агрофизических и агрохимических свойств чернозема под действием многолетних трав;
исследовать роль соломы и житняка как фитомелиорантов в повышении плодородия каштановых почв и в накоплении запасов продуктивной влаги;
изучить совместное действие осадков сточных вод и фитомелиорантов на накопление пожнивно-корневой биомассы многолетних трав и изменение содержания гумуса в почве;
выявить влияние совместного действия осадков сточных вод и фитомелиорантов на агрофизические и агрохимические свойства почвы;
проанализировать динамику содержания тяжелых металлов в почве и биомассе трав при использовании осадков сточных вод, дать оценку степени экологической безопасности их применения под многолетние травы;
определить влияние густоты травостоя многолетних трав на плодородие чернозема южного;
изучить влияние осадков сточных вод на продуктивность многолетних трав и определить кормовую ценность их зелёной массы;
установить степень последействия широко распространенных и нетрадиционных многолетних трав при возделывании зерновых культур;
рассчитать мелиоративную, энергетическую и экономическую эффективность системы фитомелиорации черноземов и каштановых почв.
Научная новизна исследований. Разработаны теоретические основы систем фитомелиорации и их роль в сохранении и расширенном воспроизводстве плодородия чернозёмов южных и каштановых почв в Поволжье. Определена проблема и разработан структурный алгоритм системы фитомелиорации для повышения плодородия черноземов южных и каштановых почв в Поволжье при биологизации земледелия. Показано фитомелиоративное действие интродуцированных многолетних трав – лядвенца рогатого, свербиги восточной, астрагала нутового, щавеля кормового и др. Изучены их продуктивность и фитомелиоративная способность в сравнении с люцерной, эспарцетом, донником и кострецом безостым. Доказана возможность использования новых культур в качестве фитомелиорантов для повышения плодородия черноземов. Представлена кормовая ценность зелёной массы новых кормовых культур. Дана оценка фитомелиоративной способности житняка в сравнении с внесением соломы и минеральных удобрений на каштановых почвах. Доказана положительная роль осадков сточных вод в повышении урожайности многолетних трав и плодородия чернозема южного. Исследовано влияние осадков сточных вод совместно с посевом трав на поступление органического вещества в почву, изменение содержания гумуса, а также на агрофизические и агрохимические свойства почвы. Показана степень накопления тяжелых металлов в почве и растениях при внесении осадков сточных вод и раскрыта фитомелиоративная роль изучаемых многолетних культур в снижении их содержания в почве. Установлено положительное влияние загущения посевов многолетних трав на их фитомелиоративную способность. Раскрыта эффективность последействия многолетних трав при возделывании после них зерновых культур.
Практическая значимость. В работе даны конкретные рекомендации по выбору и применению новых культур в качестве фитомелиорантов. Для производства высококачественного сена наряду с люцерной и эспарцетом из бобовых культур рекомендуется возделывать лядвенец рогатый. Введение в структуру посевных площадей нетрадиционных кормовых культур, особенно на фоне внесения осадков сточных вод, увеличивало поступление в почву свежего органического вещества и количество гумуса, улучшало структурность почвы, снижало ее плотность и позволяло получать стабильно высокие урожаи, как в обычные, так и острозасушливые годы. Многолетние травы весной быстро развиваются в начале вегетации и наиболее полно используют осенне-зимние запасы влаги. Выявлена более высокая эффективность влияния житняка на повышение плодородия по сравнению с запашкой соломы на каштановых почвах. Показана высокая эффективность сочетания осадков сточных вод и увеличения густоты травостоя многолетних трав в повышении их мелиоративной способности. Для повышения урожайности многолетних кормовых культур на 50–70 % и получения 35–40 т/га зеленой массы рекомендовано вносить до посева трав осадки сточных вод в удобрительных и мелиоративных дозах. Применение осадков в мелиоративных дозах (50 и 100 т/га) не увеличивало содержания тяжелых металлов в почве и растениях выше предельно допустимых концентраций. Для снижения содержания тяжелых металлов в почве рекомендуется возделывать многолетние травы не менее 3 лет.
Объектами исследований явились многолетние травы: люцерна синяя, люцерна жёлтая, лядвенец рогатый, эспарцет песчаный, донник жёлтый, астрагал нутовый, свербига восточная, щавель кормовой, житняк ширококолосый при использовании их в качестве фитомелиорантов и кормовых культур; яровая пшеница, показывающая последействие фитомелиорации; осадки сточных вод г. Саратова и солома, применяемые как удобрения и биомелиоранты.
Предмет исследования – процесс изменения свойств чернозёмов южных и каштановых почв под влиянием фитомелиорации.
Основные положения, выносимые на защиту:
пути решения проблемы биологизации земледелия и структурный алгоритм системы фитомелиорации для повышения плодородия чернозема южного и каштановых почв Поволжья в агроландшафтном сберегающем земледелии;
влияние многолетних трав на фоне внесения осадков сточных вод при увеличении густоты стояния на поступление в почву свежего органического вещества и на динамику содержания гумуса в черноземах южных и каштановых почвах;
изменение агрохимических и агрофизических свойств почв при внесении соломы, осадков сточных вод и повышенной густоте травостоя;
особенности формирования урожайности зеленой массы многолетних культур на естественном фоне, при внесении осадков сточных вод, соломы и при загущении посевов;
закономерность накопления тяжелых металлов в почве под многолетними травами при внесении различных доз осадков сточных вод;
последействие многолетних трав при возделывании яровой пшеницы после их распашки;
оценка энергетической и экономической эффективности возделывания многолетних трав и повышения плодородия почвы при использовании приемов усиления их фитомелиоративной способности.
Достоверность полученных результатов подтверждена многолетним периодом исследования, корректностью и апробированностью использованных методик, большим объёмом проведённых замеров, наблюдений, анализов, математической обработкой экспериментальных данных и производственной проверкой результатов исследований.
Апробация результатов научных исследований. Результаты проведенных исследований были доложены на международных, всероссийских и внутривузовских научно-практических конференциях (Саратов, 2004–2011; Пенза, 2004, 2009; Уральск, 2009). Основные положения работы внедрены в СХПК «Аграрник» Саратовского района; ООО «Агро-Гис Балаково» Балаковского района; СПК «Дружба» Ровенского района Саратовской области на общей площади 1200 га.
Публикации. По результатам исследований опубликованы монография и 47 научных работ общим объемом 18,7 печ. л., в том числе 9 статей – в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, восьми глав, выводов и предложений производству. Работа изложена на 278 страницах компьютерного текста, содержит 113 таблиц. Список литературы включает в себя 405 источников, в том числе 33 – на иностранных языках.
