Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Природно-ресурсныи потенциал аграрного производства Астраханской области 9
1.1 Физико-географическая характеристика 9
1.2 Геолого-морфологическое строение 11
1.3 Климат 14
1.4 Почвенный покров 18
1.5 Растительность 23
1.6 Гидрология 24
1.7 Типизация комплексных ландшафтов Астраханской области 26
Глава 2. История развития земледелия региона и современное состояние землепользования Астраханской области 42
2.1 История развития земледелия региона 42
2.2 Современная структура землепользования Астраханской области 48
2.3 Экологическая оценка почв и земельных ресурсов 51
2.4. Природно-сельскохозяйственное районирование Астраханской области 67
Глава 3. Объекты, этапы, район и методы исследований 70
3.1 Схема и объекты исследований 70
3.2 Природные условия района исследований 71
3.3 Методика и условия проведения полевых опытов 75
Глава 4. Региональные особенности оптимизации возделывания зерновых культур в Астраханской области 85
4.1 Агроландшафтное картографирование в целях повышения ведения систем богарного земледелия 85
4.2 Агрохимические и водно-физические свойства светло-каштановых почв в зависимости от мезорельефа 102
4.3 Влияние мезорельефа на продуктивность ранних яровых культур семейства мятликовых 109
Глава 5. Формирование высокопродуктивных и экологически устойчивых агроландшафтов зерновых культур в Астраханской области 112
5.1 Влияние способов обработки раннего пара после многолетних злаковых трав на баланс органического вещества почв 112
5.2 Влияние способов основной обработки раннего пара на водно-физические свойства пахотного слоя 117
5.3 Продуктивность ранних колосовых культур в зависимости от способа основной обработки пара 123
Глава 6. Экономическая и эколого-энергетическая оценка эффективности аграрного использования земель Северо-Западного Прикаспия 126
Выводы 129
Рекомендации производству 131
Список использованной литературы 132
Приложения 153
- Типизация комплексных ландшафтов Астраханской области
- Экологическая оценка почв и земельных ресурсов
- Агроландшафтное картографирование в целях повышения ведения систем богарного земледелия
- Влияние способов основной обработки раннего пара на водно-физические свойства пахотного слоя
Введение к работе
Актуальность исследований. Одной из главных задач современного земледелия Юга России является дальнейший рост производства качественного зерна и другой сельскохозяйственной продукции на основе применения регионально разработанных, научно обоснованных систем земледелия, предусматривающих сохранение и повышение плодородия почв.
Серьезной помехой для производства зерна является подверженность территории Поволжского региона засухам и дефляции.
В решении этих проблем одно из важнейших мест принадлежит совершенствованию приемов основной обработки почвы в севооборотах.
Актуальность рассматриваемой нами проблемы возрастает в связи с массовым внедрением во многих зерносеющих регионах страны плоскорезной, безотвальной и поверхностной обработок почвы. Совершенствование технологических приемов системы богарного земледелия своевременно и актуально.
В связи с этим обоснование различных систем обработки почвы в эрозионно-опасных, засушливых условиях Северо-Западного Прикаспия приобрело решающее эколого-экономическое значение.
Цель и задачи исследований. Цель исследований заключалась в изучении агроклиматических и почвенных основ оптимизации функционирования агроландшафтов яровых зерновых культур и научное обоснование путей повышения их продуктивности.
В соответствии с поставленной целью решались задачи:
1. комплексная характеристика природно-ресурсного потенциала Астраханской области;
2. оценка современного состояния и выявление проблем землепользования Астраханской области;
3. выявление агроклиматических и почвенных параметров оптимизации функционирования и размещения агроландшафтов яровых зерновых культур;
4. разработка способа разделки пласта многолетних мятликовых трав в системе основной обработки пара;
5. эколого-экономическая оценка эффективности систем богарного земледелия по различным сценариям их ведения.
Научная новизна. Впервые в условиях Астраханской области выявлены агроклиматические и почвенные параметры оптимизации функционирования и размещения агроландшафтов яровых зерновых культур, обеспечивающие повышение адаптивности земледелия в условиях неравномерного распределения факторов природной среды, способствующие стабилизации сельскохозяйственного производства.
Для исследуемого региона составлена тематическая карта «Распространение пахотно-пригодных площадей на территории Северо-Западного Прикаспия (на примере Астраханской области)».
Проведена сравнительная оценка трех способов обработки почвы в четырехпольном зернопаровом севообороте, развернутом во времени и в пространстве, с выводным полем многолетних мятликовых трав.
Детально изучено влияние отвального, безотвального и поверхностного способов основной обработки почвы после сеяных многолетних трав на агроводнофизические свойства почвы, баланс органического вещества и продуктивность ранних мятликовых культур по мере удаленности от парового поля.
Впервые введена комбинированная обработка, включающая дискование пласта многолетних трав БДТ-3,0 (0,10…0,12 м) с последующим рыхлением стойкой СибИМЭ (0,25…0,27 м). Получен патент РФ на изобретение №2282337.
Практическая значимость. Использование рекомендаций в сельскохозяйственном производстве позволит в значительной степени снизить эколого-экономические и энергетические затраты при возделывании зерновых культур, сохранить и повысить плодородие почвы, защитить ее от эрозионных процессов, повысить урожайность и качество продукции зерновых культур.
Апробация работы. Полученные результаты прошли широкую производственную проверку с 2007 гг. на опытных полях ОНО «Нижняя Волга». Основные результаты исследований докладывались на ежегодных заседаниях ученого совета Прикаспийского НИИ аридного земледелия (2004-2007 гг.), на конференциях: Международной научно-практической конференции «Научно-технологические аспекты развития сельского хозяйства Прикаспия» (Соленое Займище, 2005г.), Международной научно-практической конференции «Перспективы развития аридных территорий Российской Федерации через интеграцию науки и практики» (Соленое Займище, 2008 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе одна работа в рекомендованных ВАК РФ изданиях. Получен патент РФ на изобретение №2282337.
Основные положения, выносимые на защиту:
– анализ агроэкологических факторов, определяющих возможности производственного использования земельных ресурсов;
– влияние мезорельефа на агрохимические, водно-физические свойства светло-каштановых почв и продуктивность ранних яровых культур семейства мятликовых;
– влияние способов обработки раннего пара на баланс органического вещества, агроводнофизические свойства пахотного слоя и продуктивность ранних колосовых культур;
– экономическая и эколого-энергетическая оценка эффективности аграрного использования земель Северо-Западного Прикаспия.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, предложений производству, списка литературы и приложений. Работа изложена на 171 страницах компьютерного текста, содержит 28 таблиц, 13 рисунков, 12 приложений. Список литературы содержит 206 источников.
Выражаю благодарность директору Прикаспийского НИИ аридного земледелия, академику РАСХН В.П. Зволинскому за помощь в анализе и обобщении полученных результатов. Особую признательность выражаю научному руководителю, доктору географических наук, профессору АГУ А.Н. Бармину и научному консультанту, заведующему отделом аридного земледелия ПНИИАЗ, кандидату сельскохозяйственных наук В.И. Мухортову за большую помощь при подготовке диссертации.
Типизация комплексных ландшафтов Астраханской области
Понятие ландшафт всегда имело для географов специальное значение, а в настоящее время оно получает все возрастающую значимость для экологов. Основы микроландшафтоведения разработаны Б.Б. Шлыковым (1915), который под термином «ландшафт элементарный» понимал участок земной поверхности, сложенный однородными породами, находящимися на одном элементе рельефа, в равных условиях залегания грунтовых вод, с одинаковым характером почв и растительности.
По мере познания научной сущности этого сложного объекта определение ландшафта менялось, развивалось. В соответствии с этим ядра определений последовательно составили указания на:
1. Однородность территории;
2. Однородность сочетаний компонентов;
3. Однородность взаимосвязи компонентов;
4. Однородность пространственного сочетания ПК низшего ранга;
5. Однородность обмена веществом и энергией (метаболизма).
Перед ландшафтоведами встал важный и интересный в теоретическом отношении вопрос: Какое научное определение давать ландшафту в связи с учетом человеческой деятельности, влияющей на развитие географической среды? Вот это определение: «Ландшафты - это ограниченная территория земной поверхности, на которой биоценоз, оставаясь однородным, имеет однородный характер взаимодействия с неорганической природой, образует с ней исторически обусловленное диалектическое единство, вследствие чего от человеческого общества требуется более или менее однотипного на него воздействия» (Вопросы географии, природа степи и лесостепи, 1950).
По Бобеку и Шмитхюзену (по Бауэр, Вайничке, 1971), ландшафт — это часть земной поверхности, в которой лито-, био- и атмосфера взаимно проникают друг в друга, образуют вполне конкретное сочетание.
Тролль (по Бауэр, Вайничке, 1971) дает такое определение: «Под географическим ландшафтом мы понимаем часть земной поверхности, которое по внешнему облику и взаимодействию своих проявлений и взаимосвязей, как внутри них, так и внешних, образует пространственные единства конкретного содержания и с ясно выраженными границами, за которыми данный ландшафт переходит в ландшафты иного рода».
Естественно, что каждая природная зона неоднообразна, а состоит из многих мелких природнотерриториальных единиц, обладающих типичным сочетанием природных компонентов и получивших название - ландшафта (Бунакова, Родионова, 1997).
Географическим ландшафтом называется «участки земной поверхности качественно отличные от других участков, окаймленные естественными границами и представляющие собой каждый целостную и взаимнообусловленную совокупность предметов и явлений, которые типически выражены на значительном пространстве и неразрывно связаны во всех отношениях в географической оболочке» (Колесник, 1970).
Ландшафт таким образом, есть природная система взаимодействующих компонентов: горных пород, сложенных ими форм рельефа, подземных и поверхностных вод, атмосферы и климата, растительности, почвы, микроорганизмов, животных.
Формы рельефа Северо-Западного Прикаспия формировались после регрессии вод Хвалынского моря (ательская эпоха), в результате размыва хвалынских пород водами древней Волги, протекающей вдоль Ергеней, и дефляционных процессов (Руденко, 1973), рис. 4.
Различие преломления средних климатических условий механическими разностями грунтов в основном отражается на сохранении влажности грунтов в их толще в течение вегетационного периода, в промежутке от дождя до дождя.
Этими условиями сохранения влажности в грунтах в значительной доле определяются микроклиматические условия на поверхности грунтов и в их верхних горизонтах, которые являются решающими для произрастания растительности. Последнее определяет характер образования почв.
Таким образом, специфичность ландшафтов определяется различными условиями увлажнения, которые вытекают из разновидности механического состава грунтов. Между частицами в порах в зависимости от размеров диаметра последних может временно сохраняться влага, за счет которой в основном развивается растительность через корневую систему. Условия сохранения влажности в верхних горизонтах почв могут зависеть не только от атмосферных осадков, но и от грунтовых вод, залегающих на глубинах доступных растениям. В тоже время поверхности, получающие только атмосферные осадки, находятся, в смысле увлажнения, в переменном состоянии и зависят от того, как часто выпадают дожди и сколь длинны бездождные промежутки. Последние могут колебаться от нескольких часов до нескольких месяцев (засушливых). Вследствие указанных причин в каждой природной зоне образуется несколько основных систем ландшафтов.
Можно различать три основные системы ландшафтов на грунтах постоянно не покрытых водой:
а) системы плакорных ландшафтов, в которых грунты увлажняются только атмосферными осадками и на их верхние горизонты грунтовые воды не оказывают влияние;
б) системы ландшафтов, где дополнительное увлажнение создается за счет фильтрации хорошо проточных речных вод (приречные ландшафты);
в) системы ландшафтов, в которых дополнительное увлажнение создается за счет близко подступающих к поверхности застойных грунтовых вод.
Характер растительного покрова, будучи выражением характера грунтов и условий их увлажнения, находится под прямым воздействием среднего климата, а под своим пологом, при достаточной его высоте и густоте, растительный покров создает своеобразные условия микроклимата. Поэтому растительный покров можно вложить в основу классификации главнейших подразделений ландшафтов.
При разработке систем ландшафтного земледелия важное значение имеет знание структуры агроландшафтов на основе преобладающих ландшафтных таксонов, позволяющих применять типовые проектные решения для научно обоснованного целенаправленного преобразования агросистем, обеспечения более рационального использования природных ресурсов. При этом необходим выбор ведущих, наиболее выразительных факторов, влияющих на содержание систем, по которым можно сгруппировать ландшафты в меньшее число объектов. Одним из наиболее «выразительных» факторов-предикторов может служить агроэкологическое состояние пашни и соотношение в ландшафте различных агроэкологических групп земель.
Согласно Атласа Астраханской области (1997), Почвенной карты Астраханской области (1985) и данным В.И. Мухортова (2005) для западной части Астраханской области можно выделить Волго-Сарпинский ландшафт, Волго-Приергенинский ландшафт, Западный ильменно-бугровый ландшафт.
Волго-Сарпинский ландшафт характерен для Черноярского и северной половины Енотаевского районов. На данной территории распространены виды комплексно-солонцовых (20...80%) полынно-злаковых полупустынь. В географическом отношении относится к полупустынному типу, южному подтипу, роду элювиальных ландшафтов морских нижнехвалынских делювиальных низменных равнин (табл. 2).
Экологическая оценка почв и земельных ресурсов
На территории Астраханской области основную долю в почвенном покрове составляют малопродуктивные бурые полупустынные почвы разной степени засоления и осолонцевания и их комплексы с солонцами. Различные виды поименно-аллювиальных почв, формирующихся в Волго-Ахтубинской пойме, заняты под сельхозугодия (Добровольский, 1985; Почвенные ресурсы Прикаспйского региона..., 1994). В пределах Астраханской области проходит мощный транспортный коридор. Прежде всего, это водный путь по реке Волге, сыгравший огромную роль в истории России. Вдоль него по правому и левому берегу ниши, возникают и развиваются основные поселения - города, поселки, промзоны, которые обычно располагаются в наиболее комфортной для жизни человека пограничной полосе, не заливаемой паводковыми водами, но непосредственно соседствующей с акваториями. К этой же полосе тяготеют и современные транспортные коммуникации: железные и автомобильные дороги, линии электропередач.
В последние десятилетия интенсификация земледелия привела к ряду негативных последствий. Влияние ее на окружающую среду разнообразно как по объектам, так и видам воздействия. Ущерб земельным ресурсам и окружающей среде продолжает наносить эрозия почв. Основные потери продуктивности земель и их плодородия связаны с эрозией, вторичным засолением орошаемых почв, затоплением и подтоплением, отчуждением земель под строительство населенных пунктов, промышленных предприятий, дорог и т. д., а также в связи с загрязнением различными вредными веществами (Ковриго, 2000).
Экологическая ситуация, сложившаяся на землях области, вызывает особую тревогу, поскольку чрезвычайная нагрузка на почвы привела к развитию дегрессии степных фитоценозов и опустыниванию территории. Одним из опаснейших негативных результатов взаимодействия человека с природой является глобальное загрязнение почв. Нарушенные земли утрачивают свою хозяйственную ценность и одновременно являются дополнительным источником экологической нагрузки на окружающую среду (Проблемы социально- экономического развития ..., 2001).
Общее состояние земель следует оценить как неблагополучное, что усугубляется нерациональным природопользованием, истощительным сельскохозяйственным землепользованием, снижением уровня культуры земледелия и резким сокращением агротехнических и фитомелиоративных мероприятий. Все это приводит к усилению процессов деградации земель, подтверждается рассчитанными показателями. Увеличивается площадь засоленных и дефлированных земель. По их весу в общей площади сельскохозяйственных угодий Астраханская область относится к зоне высокой степени экологического неблагополучия (вторая группа из трех). За прошедшие годы произошло усиление процессов деградации и истощения почв, что привело к падению продуктивности сельскохозяйственных угодий, в том числе сенокосов и пастбищ. Это выразилось в уменьшении содержания гумуса в верхнем (пахотном) слое до 1,32% что характеризуется кризисной экологической ситуации (вторая группа из пяти). Низкое содержание азота в почвах отмечается в 95% сельскохозяйственных земель, а в 55% - низкое содержание фосфора.
Все это привело к тому, что более 50% угодий в Харабалинском, Красноярском, Енотаевском, Икрянинском, Наримановском и Лиманском районах в настоящее время выведены из сельскохозяйственного оборота (Кочуров, и др., 2004).
Нерациональное хозяйственное использование земель привело к прогрессирующему антропогенному опустыниванию, вторичному засолению и загрязнению почв, утрате и ослаблению почвенного покрова естественных экологических функций (Горчаков и др., 2001).
Анализ структуры использования земельных угодий Астраханской области позволяет говорить о напряженном эколого-хозяйственном состоянии территории. Такое состояние определяется сложившейся структурой землепользования, где хозяйственно освоенные земли занимают 63,5% территории области, нарушенные земли - 0,9% и группа экологического фонда - 35,6%. В то же время сложившаяся ситуация по районам Астраханской области выглядит неоднородной. В критическом и напряженном эколого-хозяйственном состоянии находятся территории 8 административных районов (Ахтубинский, Енотаевский, Черноярский, Харабалинский, Приволжский, Наримановский, Лиманский, Красноярский). Они имеют значительную площадь земель с высшей, очень высокой, высокой степенью антропогенной нагрузки и занимают 55...80% площади района. Это связано с интенсивным сельскохозяйственным развитием территории, насыщенностью объектами обороны и промышленности. Остальные 3 района (Володарский, Икрянинский, Камызякский) образуют группу с относительно благоприятным эколого-хозяйственным состоянием территории, здесь земли с высшей, очень высокой, высокой степенью антропогенной нагрузки занимают от 20% до 45% площади района (Хромов, 2006) (табл. 9).
Анализируя полученные данные о состоянии земель в Астраханской области, можно сделать вывод о том, что они относятся к зоне высокой степени экологического неблагополучия. Около 50% сельскохозяйственных угодий области соответствуют критерию «Чрезвычайная экологическая ситуация», а оставшаяся часть угодий области при сохранении существующего положения может перейти в эту категорию в ближайшие годы. В связи с этим необходимо существенное ограничение режима хозяйственного использования истощенных и деградированных земель и проведение срочных агротехнических, фитомелиоративных и противоэрозионных мероприятий, направленных на улучшение кормовых угодий, повышение содержания гумуса и питательных веществ в почвах, защиту почв от дефляции и засоления (Кочуров, и др., 2004).
Земли дельты Волги в силу некоторых природных особенностей, а также в результате интенсивной деятельности человека, нестабильны и продолжают ухудшаться. При этом масштабы хозяйственного воздействия таковы, что приводят к нарушению ландшафта и ослаблению его потенциальных возможностей самовосстановления и самоочищения. В связи с этим изучение современного состояния земель, типичного для дельты Волги, представляет особый интерес. Более половины продукции растениеводства, получаемой на базе ирригации, это территория орошаемого земледелия. Основными негативными последствиями орошаемого земледелия являются: засоление, заболачивание и подтопление, вызванные как природными, так и техногенными факторами.
В связи с увеличением количества и интенсивности использования земель сельхозназначения крестьянско-фермерскими хозяйствами и другими землепользователями, встает острый вопрос о восстановлении плодородия земли и ее рациональном использовании. На территории области на 1 января 2006 г. было нарушено 512 тыс. га. На начало года отработано 258 га нарушенных земель, заскладировано плодородного слоя почвы 93 тыс. м (Белякова и др., 2007).
Загрязнение почв тяжелыми металлами. Из атмосферы в почву тяжелые металлы попадают чаще всего в форме оксидов, где постепенно растворяются, переходя в гидроксиды, карбонаты или в форму обменных катионов. Если почва прочно связывает тяжелые металлы (обычно в богатых гумусом тяжелосуглинистых и глинистых почвах), это предохраняет от загрязнения грунтовые и питьевые воды, растительную продукцию. Но тогда сама почва постепенно становится все более загрязненной и в какой-то момент может произойти разрушение органического вещества почвы с выбросом тяжелых металлов в почвенный раствор. В итоге такая почва окажется непригодной для сельскохозяйственного использования. Общее количество свинца, которое может задержать метровый слой почвы на одном гектаре, достигает 500...600 т. Такого количества свинца даже при очень сильном загрязнении в обычной обстановке не бывает. Почвы песчаные, малогумусные, устойчивы против загрязнения; это значит, что они слабо связывают тяжелые металлы, легко отдают их растениям или пропускают их через себя с фильтрующимися водами. На таких почвах возрастает опасность загрязнения растений и подземных вод (Почвенно-экологический мониторинг..., 1994).
Агроландшафтное картографирование в целях повышения ведения систем богарного земледелия
Разработка и внедрение адаптивно-ландшафтных систем земледелия требуют дробного районирования, которое включает в себя дополнительные агроэкологические характеристики отдельных участков в зависимости от следующих факторов (Шорин, 1997):
Применительно к указанным факторам необходимо иметь оптимальные или же ограничительные параметры их характеристик. Относительно погодных условий для ранних яровых колосовых культур они выглядят следующим образом (рис. 7).
Отношение к влаге. Для прорастания семян ячменя и яровой мягкой пшеницы нужно воды 60...70% от массы сухого зерна. Семена яровой твердой пшеницы требуют воды на 5...7% больше, т.к. они содержат больше белка. Транспирационный коэффициент яровой мягкой пшеницы равен 415 ед, яровой твердой пшеницы равен 406 и ячменя - 400 ед. Наиболее благоприятная влажность почвы - 70.. .75% НВ.
Потребление воды в течение вегетационного периода неравномерно и распределяется следующим образом: - период всходов — 5...7% общего потребления вод за вегетационный период;
- в фазе кущения— 15...20%;
- в фазах выхода в трубку и колошения — 50.. .60%;
- молочного состояния зерна - 20.. .30%;
- восковой спелости — 3.. .5%.
Критическим периодом в потреблении воды считается фаза выхода в трубку и колошения, т.е. период образования репродуктивных органов. Из-за недостатка влаги в этот период увеличивается бесплодность колосков, а при формировании и наливе зерна - снижается выполненность и крупность зерна, что приводит к значительному снижению урожайности. При весенних запасах влаги в метровом слое почвы менее 100 мм, создаются неблагоприятные условия для роста и развития данных растений, а при наличии влаги менее 60 мм - невозможно получить даже удовлетворительный урожай зерна.
Отношение к теплу. Ранние яровые колосовые не предъявляют высоких требований к температуре. Мягкая яровая пшеница и ячмень более устойчивы к низким температурам, чем твердая. Семена прорастают при 1...2С, а всходы появляются при 4...5С, наиболее благоприятная температура для прорастания - 12... 15С. При температуре почвы на глубине заделки семян 5С, всходы появляются на 20 день, при 8С — на 10, а при 15С — на 7. Растения переносят непродолжительные заморозки (в период прорастания зерна -13С, а в фазу кущения -8...-9С). Кущение проходит хорошо при Ю...12С, а фазы колошения и молочно-восковой спелости при 16...23С.
К высоким температурам яровая пшеница и ячмень довольно устойчивы, особенно при наличии влаги в почве. Температура — 35...40С и сухие ветры неблагоприятно сказываются на растениях и ведут к снижению урожайности и качества зерна. Сумма активных температур за период всходы — созревание составляет- 1500...1750С (Посыпанов, 1997). Ограничительные параметры по пунктам 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 11; 15 зависят от рельефа местности, механического состава почвообразующей породы и условий увлажнения, характеристики их тесно взаимосвязаны между собой. Факторы по пунктам 12; 13; 14 в условиях Северо-Западного Прикаспия значения не имеют. Засоленность можно считать в нашем случае определяющим фактором, лимитирующим рост и развитие сельскохозяйственных культур.
Реакция растений на условия повышенного засоления. Засоление почвы происходит вследствие накопления избыточных солей (в основном хлорида и сульфата натрия); оптимальный уровень осмотического давления почвенного раствора составляет 1...2 атм., угнетающего - 5...10 атм., губительного - 12... 17 атм. и выше. Соль оказывает негативное влияние на прорастание семян, в частности соль, задерживает поступление воды в набухающие семена (Устименко, 1975). Пшеница и ячмень являются культурой, среднеустойчивой к засолению, поскольку центром ее происхождения является Северная Африка и Юго-восточная Азия (Жученко, 1990). В растворах NaCl с осмотическом давлением ниже 7 атм. (1% NaCl) семена хорошо прорастают, а при осмотическом давлении раствора 16 атм. и выше не прорастают даже самые солеустойчивые сорта.
Избыточное засоление нарушает азотный обмен, что способствует накоплению промежуточных продуктов азотного обмена, особенно аминов и диаминов (кадаверин, путресцин) и аммиака. Эти соединения могут оказывать сильное токсическое действие на растения. Засоление приводит к возникновению дисбаланса между поглощением натрия, калия и магния; интенсивное поглощение Na уменьшает поступление К и Mg в клетки (Максимов, 1958, Удовенко, 1977; Бахтизин и др., 1993; Тангиев, 1997; Шорин, 1997).
С помощью почвенно-экологической карты масштаба 1:10000 (1:25000) с отображением элементарных ареалов агроландшафтов (ЭАА), можно провести агрономическую оценку структуры почвенного покрова и почвенных условий для составления агроэкологической классификации земель хозяйства. На ее основе, с учетом рыночной конъюнктуры, выбирают севооборот и определяют рациональное размещение сельскохозяйственных угодий (Земледелие и рациональное природопользование, 1998). Зональное районирование требует обзорных топографических карт или же аэрофотоснимков мелкого масштаба, с нанесением особенностей климата, геоморфологии и почвенных условий.
Продуктивность сельскохозяйственных культур при достаточном количестве тепла и других факторов роста (питательных веществ, света) в основном определяется обеспеченностью их влагой. Об этом судят по количеству выпадающих осадков. Эффективность осадков как источника водоснабжения сильно зависит от условий их испарения. При одинаковом количестве осадков в двух пунктах больше их уйдет на непроизводительное испарение там, где будет выше температура и условия увлажнения в этом случае будут хуже (Чирков, 1982). Характеристику увлажнения территории с учетом количества выпавших осадков и испаряемости даст гидротермический коэффициент (ГТК) Г.Т. Селянинова (1960).
Рассматриваемая территория по условиям увлажнения характеризуется как очень засушливая и сухая при рассмотрении с севера на юг.
По образному выражению Н.М. Тулайкова (1963), относительно Саратовских степей, «здесь не земля родит, а небо» видно, что погодные условия являются определяющим фактором формирования урожаев сельскохозяйственных культур. Поэтому учет атмосферных осадков важен при оценке возможной их продуктивности.
По данным В.И. Мухортова (1992) эвапотранспирационный коэффициент ячменя для засушливой зоны в среднем составляет 765 м3 воды на 1 т сухого вещества, при колебаниях в пределах 640 м7т во влажный год и 910 м /т в сухой год.
Исходя из порога экономической целесообразности урожаев в 0,6 т/га, коэффициента усвояемости осадков в 0,5 единиц можно принять ландшафты с осадками более 250 мм потенциально возможными для возделывания яровых ячменя и пшеницы. Согласно Агроклиматического справочника Астраханской области (1985), Атласа Астраханской области (1997) сюда относятся Волго-Сарпинский ландшафт с южной границей по с. Никольское.
Влияние способов основной обработки раннего пара на водно-физические свойства пахотного слоя
К общим агрофизическим свойствам относится плотность сложения, плотность твердой фазы и пористость почвы. Из множества параметров почвенного плодородия, в соответствии с данными работ А.Н. Сухова (1991), О.Н. Гуровой (2001), Л.Н. Петровой (2003), И.А. Вольтере (2007), наиболее тесно связана с урожайностью плотность сложения почвы. Она является результирующей характеристикой гранулометрического и структурно-агрегатного состава почвы, степени ее пористости, плотности ее твердой фазы и количества гумуса. Плотность сложения почвы находится в достаточно тесной связи с показателями содержания в ней азота, фосфора и других элементов (Воронин, 1980), что вместе с влагозапасами характеризует не только химические, но и микробиологические особенности почвы и в конечном счете определяет ее плодородие. Все это дает основание принять плотность сложения почвы в комплексе с ее влажностью за совокупную характеристику почвенного плодородия (Шишов и др., 1987, Каштанов, 1984).
Наиболее рыхлой по сложению почва бывает сразу после обработки, затем постепенно уплотняется, и через некоторое время ее плотность приходит в состояние равновесия, то есть не претерпевает значительных изменений до проведения следующей обработки (Вольтере, 2007).
Верхние слои почвы, содержащие больше органического вещества, лучше оструктурены, имеют более низкую плотность, которая возрастает в вертикальном направлении по слоям сверху вниз (Вольтере, 2007).
Плотность пахотного слоя почвы, по некоторым усредненным данным (Либих, 1936), находится обычно в пределах 1,1..Л,4 т/м. По О.Г. Растворовой (1983), для гумусовых горизонтов характерна величина 1,0... 1,3 т/м3, в безгумусовых, но не аллювиальных горизонтах она составляет 1,3... 1,5 т/м3, а в столбчатых горизонтах солонцов достигает максимальных значений - до 2,0 т/м .
Повышенное уплотнение почвы неблагоприятно сказывается на ее водном режиме. С увеличением уплотнения на 0,1 т/м доступность почвенной влаги растениям снижается на 10%. При плотности 1,5... 1,6 т/м на долю доступной влаги приходится всего 5... 10% от объема почвы (Каштанов, 1984).
Отмечено (Заев, Жежель, Федосеева, 1960), что плотные почвы оказывают большое, подчас непреодолимое сопротивление развивающимся корням растений. Проникновение корней большинства растений в уплотненные горизонты почвы с плотностью сложения 1,4... 1,6 т/м3 затруднено, их развитие угнетается, а при более высоких ее значениях рост корневой системы невозможен.
Высокая плотность сложения почвы отрицательно сказывается на численности микроорганизмов, снижает ее биологическую активность (Шишлянников, 1991).
Нормальный газообмен почвы нарушается при плотности более 1,45 т/м3 в результате сокращения количества макропор и крупных капилляров (Растворова, 1983).
Вместе с тем, избыточная рыхлость почвы также неблагоприятна для роста и развития растений (Заев, Жежель, Федосеева, 1960). В этом случае уменьшается объемная концентрация влаги и элементов питания, корни повреждаются оседающей почвой и имеют значительно меньший контакт с твердой фазой, резко увеличивается фильтрация и диффузное испарение воды из почвы.
О.Г. Растворова (1983) считает, что оптимальные значения плотности сложения составляют для большинства сельскохозяйственных культур 1,1... 1,2 т/м на суглинистых и 1,2... 1,3 т/м - на песчаных почвах.
По В.И. Кирюшину (1993), для большинства культур сплошного сева эти значения находятся в пределах 1,1... 1,3 т/м3, для пропашных - в пределах 1,0... 1,2 т/м3, что соответствует 55...60% общей порозности. По данным Ф.И. Левина (1977), плотность сложения пахотного слоя дерново-подзолистой почвы под растениями (озимая рожь, овес, многолетние травы) значительно меньше, чем без растений, особенно под многолетними травами. Наиболее оперативное и сильное влияние на изменение строения зональных почв, их плотности и скважности оказывает механическая обработка (Сухов, 1991; Кононов, 1992). Интересно отметить, что интенсивность обработки не всегда является очевидным средством поддержания оптимальной плотности. Например, по данным A.M. Лыкова (1982), плотность малогумусированных дерново-подзолистых почв в «вечном» пару даже выше, чем на целинной меже, которая в течение десятков лет не обрабатывалась. Поскольку величина равновесной плотности снижается по мере обогащения почвы гумусом, то и степень гумусированности почвы может иметь исключительно важное значение при обосновании минимальной обработки почвы.
Результаты проведенных исследований показали, что влияние способов основной обработки почвы под ранний пар на плотность зональных светло-каштановых почв зависит от применяемых сельскохозяйственных орудий и глубины обработки. Различия значений плотности сложения почвы по годам также зависели от сложившихся агрометеорологических условий того или иного года исследований (табл. 24).
Отвальная обработка пласта многолетних трав плугом ПН-4-35 на глубину 0,25.. .0,27 м обеспечивала разуплотнение почвы, доводя ее значения в посевах ячменя ярового, размещаемого по пласту многолетних трав, до 1,38... 1,43 г/см , что в среднем составило 1,40 г/см .
Комбинированное применение поверхностной обработки пласта многолетних трав БДТ-3,0 с последующим рыхлением стойкой СибИМЭ на глубину 0,25...0,27 м обеспечивало разуплотнение пахотного слоя, близкое к контрольному варианту (1,39... 1,43 г/см ).
Плотность почвы на варианте с минимальной обработкой БДТ-3,0 на глубину 0,10...0,12 м была значительно выше ее значений на других вариантах обработки почвы по всем ее горизонтам (1,48... 1,50 г/см ).
Отмечены близкие значения плотности сложения почвы на вариантах с отвальной и комбинированной способах подъема раннего пара. На варианте с поверхностной обработкой данный показатель приближался к 1,50 т/м , что отрицательно сказалось на водном режиме метрового слоя почвы к моменту сева ранних яровых.
Влажность почвы имеет особое значение в засушливых условиях полупустыни Прикаспия, где влагообеспеченность посевов определяет не только величину урожая, но и вообще возможность его получения.
Определение наличия влаги в метровом слое почвы дает полную и объективную характеристику влияния предшествующей культуры и способа основной обработки на водный режим почвы. А.И. Носатовский (1965) отмечает, что расход влаги пшеницей идет в основном из метрового слоя почвы, причем до колошения используются главным образом запасы влаги в слое 0,60...0,70 м, а в дальнейшем —с глубины 0,90... 1,0 м.
Потребление воды зерновых культур начинается с набухания зерна и непрерывно возрастает до периода колошения растений (Фокеев, 1965).
Недостаточное количество влаги в период кущения уменьшает количество продуктивных стеблей на растении (Бородай, 1981). При достаточном увлажнении во второй половине вегетации растения могут формировать дополнительные продуктивные побеги (Альтергот, 1981; Мокридова, 1982).
В условиях полупустыни, когда весенне-летние периоды часто (60% лет) складываются засушливыми, единственным источником создания запасов почвенной влаги в паровом поле являются осадки холодного периода года. В этот период значительное количество влаги поступает в почву за счет твердых осадков.
Исследования по влиянию сравниваемых вариантов обработки почвы на накопление и сохранение влаги в почве за счет летне-осенних и зимних осадков и ее рациональное использование за вегетационный период показали зависимость величины влажности почвы в метровом слое от различных способов обработки почвы (рис. 13, приложение 3).
На протяжении четырехлетних исследований установлено, что отвальная вспашка плугом ПН-4-35 на глубину 0,25...0,27 м по пласту многолетних злаковых трав способствует лучшему накоплению атмосферных осадков и составляет 182,3 мм общей влаги, что на 6,0...7,2% больше по сравнению с комбинированной и поверхностной обработкой. За период вегетации на всех вариантах произошло значительное ее снижение. Наименьшее снижение влаги (55,9...60,7 мм) наблюдалось на варианте комбинированной обработки БДТ-3,0 (0,10...0,12 м) + рыхление стойкой СибИМЭ (0,25...0,27 м) и поверхностной обработке БДТ-3,0 (0,10.. .0,12 м).
