Содержание к диссертации
Введение
1. Основные направления совершенствования систем воспроизводства почвенного плодородия (обзор литературы) 12
1.1. Влияние средств биологизации и комплексного применения удобрений на воспроизводство почвенного плодородия 12
1.2. Роль современных ресурсосберегающих технологий в повышении почвенного плодородия и эффективном ведении сельскохозяйственного производства 25
2. Почвенно-климатические условия Среднего Заволжья, методика и
содержание исследований 52
2.1. Почвенно-климатические условия Среднего Заволжья 52
2.2. Методика и содержание исследований 62
3. Динамика изменения плодородия почв Самарской области 73
IV. Агроэкологическое обоснование систем воспроизводства почвенног плодородия в полевых севооборотах при разных уровнях интенсивности использования пашни 102
4.1. Эффективность техногенных средств воспроизводства почвенного плодородия в зернопаровом севообороте 106
4.1.1. Водный, питательный режим почвы и урожайность сельскохозяйственных культур 106
4.1.2. Плодородие обыкновенных чернозёмов при систематическом применении удобрений в зернопаровом севообороте 117
4.1.3. Эколого-экономическая и биоэнергетическая эффективность применения удобрений 127
4.2. Воспроизводство почвенного плодородия в полевом севообороте с сидеральным паром 130
4.2.1. Водный, питательный режим и урожайность сельскохозяйственных культур 130
4.2.2. Совместное действие удобрений и сидерального пара на баланс элементов питания в системе «почва – растение – удобрение» 140
4.2.3. Экономическая и биоэнергетическая оценка эффективности сидерального севооборота при разных уровнях интенсивности
использования пашни 148
4.3. Комплексное влияние биологических и техногенных средств на состояние почвенного плодородия в зернотравяном севообороте 150
4.3.1. Содержание подвижных форм питательных веществ в почве, структура и урожайность сельскохозяйственных культур 151
4.3.2. Баланс гумуса и элементов минерального питания в системе «почва – растение – удобрение» 160
4.3.3. Эколого-экономическая и биоэнергетическая эффективность зернотравяного севооборота 168
5. Плодородие почвы, продуктивность и экономическая эффективность использования пашни в полевых севооборотах с энергосберегающими почвозащитными технологическими комплексами 172
5.1. Влияние строения пахотного слоя, формируемого разными системами обработки почвы, на продуктивность полевого севооборота и основные элементы почвенного плодородия 172
5.1.1. Результаты исследований 176
5.2. Агрохимические показатели плодородия почвы в полевом севообороте с ресурсосберегающими технологическими комплексами при длительном применении минимальных обработок почвы 192
5.2.1. Азотный режим почвы 193
5.2.2. Подвижный фосфор 204
5.2.3. Обменный калий 210
6. Оптимальные параметры (модель) эффективного плодородия обыкновенных чернозёмов Заволжья 215
7. Влияние новых высокопродуктивных сортов зерновых культур на повышение эффективности использования почвенно-климатических ресурсов и окупаемость средств интенсификации 222
7.1. Сорт как фактор интенсификации использования естественного плодородия и условий внешней среды 225
7.2. Связь урожайности с техногенными средообразующими факторами 231
7.3. Роль сорта в повышении окупаемости средств интенсификации земледелия 239
8. Опыт хозяйств Самарской области по воспроизводству почвенного плодородия и повышению продуктивности пашни (СПК «Дружба» Кошкинского района и ООО АФК «Культура» Безенчукского района) 245
9. Эколого-экономическая концепция воспроизводства плодородия обыкновенных черноземов Среднего Заволжья 273
Выводы 285
Предложения производству 288
Список использованной литературы 290
- Роль современных ресурсосберегающих технологий в повышении почвенного плодородия и эффективном ведении сельскохозяйственного производства
- Эффективность техногенных средств воспроизводства почвенного плодородия в зернопаровом севообороте
- Содержание подвижных форм питательных веществ в почве, структура и урожайность сельскохозяйственных культур
- Агрохимические показатели плодородия почвы в полевом севообороте с ресурсосберегающими технологическими комплексами при длительном применении минимальных обработок почвы
Введение к работе
Одной из особенностей современного земледелия является усиление негативного антропогенного влияния на почву, связанного с нерациональным использованием пашни, сокращением применения органических и минеральных удобрений, интенсивными механическими обработками почвы. В этих условиях отмечается усиление процессов эрозии, некомпенсируемой минерализации гумуса, ухудшение агрохимических и агрофизических свойств почвы, нарушается баланс питательных веществ.
Особое значение приобретают энергосберегающие технологии в сочетании с биологическими методами воспроизводства почвенного плодородия: использование на удобрение зелёной массы сидеральных культур, соломы зерновых культур, увеличение посевов зернобобовых культур и многолетних трав.
Работа выполнена в соответствии с государственной программой "Плодородие", проводимой под руководством Министерства сельского хозяйства Российской Федерации.
Исследования выполнялись по теме: «Разработка системы адаптивного растениеводства на основе проведения многолетних исследований и мониторинга плодородия почв черноземной степи Среднего Заволжья» (04.66.01.01), а также по теме «Разработка эффективных низкозатратных технологий возделывания зерновых культур, обеспечивающих эффективное использование природных, биологических и техногенных ресурсов, воспроизводство почвенного плодородия, высокую рентабельность, получение высококачественной продукции» (04.02.04.01).
Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка системы мер по воспроизводству почвенного плодородия с использованием различных биологических приёмов и изучение особенностей формирования проектных урожаев сельскохозяйственных культур на разных по интенсивности использования пашни агрофонах.
При проведении исследований предусматривалось решить следующие задачи:
– оценить состояние плодородия почвы и продуктивности пашни Самарской области за период с 1964 по 2010 годы и её динамику на основе мониторинга тестовых полигонов и реперных участков плодородия земель сельскохозяйственного назначения;
– изучить особенности роста и развития сельскохозяйственных культур, пищевого режима в полевых севооборотах с разным уровнем интенсивности использования пашни, определить потенциальную продуктивность и качество продукции зерновых культур;
– разработать биологизированные системы воспроизводства почвенного плодородия в полевых севооборотах Среднего Заволжья с разной специализацией;
– выявить особенности формирования основных элементов почвенного плодородия и предложить оптимальные варианты строения пахотного слоя в полевых севооборотах с разными технологическими комплексами возделывания сельскохозяйственных культур;
– установить степень окупаемости затрат, экономическую и биоэнергетическую эффективность возделывания сельскохозяйственных культур на разных агрофонах и в технологиях, обеспечивающих воспроизводство почвенного плодородия;
– предложить производству технологии сохранения и повышения почвенного плодородия на основе возобновляемых биологических средств (солома на удобрение, сидераты, многолетние травы, биопрепараты и др.);
– предложить комплекс приёмов воспроизводства почвенного плодородия в современных ресурсоэкономных технологических комплексах нового поколения.
Комплексное применение в системах земледелия биологических средств воспроизводства почвенного плодородия в сочетании с эффективными способами использования минеральных удобрений и энергосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур позволит повысить продуктивность полевых севооборотов на 45-50%, обеспечить экономию удобрений на 25-30% и других материально-технических ресурсов, сохранить и повысить почвенное плодородие по сравнению с традиционными способами использования пашни.
Научная новизна работы. Проведён агроэкологический мониторинг состояния почвенного плодородия земель в разных природных зонах Самарской области. Изучена динамика почвенного плодородия в полевых севооборотах с разным уровнем интенсивности использования минеральных удобрений в сочетании с биологическими средствами воспроизводства почвенного плодородия, направленными на увеличение содержания органического вещества в почве (солома, сидераты, посевы многолетних трав). Разработана концепция управления воспроизводством почвенного плодородия в полевых севооборотах степных районов Среднего Заволжья.
Основные положения, выносимые на защиту:
– длительное сельскохозяйственное использование земель при ограниченном применении минеральных и органических удобрений приводит к снижению содержания гумуса, ухудшению агрохимических, водно-физических и других свойств почвы, уменьшается урожайность сельскохозяйственных культур;
– научное обоснование систем воспроизводства плодородия почв в полевых севооборотах разного сельскохозяйственного назначения;
– оптимальные уровни насыщения удобрениями зернопарового, сидерального и зернотравяного севооборотов, обеспечивающие максимальную реализацию почвенных ресурсов и стабилизацию плодородия чернозёмных почв Среднего Заволжья;
– разработка приемов воспроизводства почвенного плодородия в современных энергоэкономных технологических комплексах возделывания сельскохозяйственных культур;
– влияние новых высокоурожайных сортов и технологий их возделывания на степень использования питательных веществ удобрений и почвенно-климатических ресурсов региона;
– биоэнергетическая эффективность севооборотов различного сельскохозяйственного назначения;
– агроэкологическая концепция воспроизводства плодородия чернозёмов Среднего Заволжья при комплексном использовании средств интенсификации и биологизации земледелия.
Практическая ценность и реализация результатов исследований. Использование полученных результатов позволит:
– реализовать принципиально новые комплексные меры сохранения и расширенного воспроизводства почвенного плодородия при переходе на современные методы ведения растениеводства;
– предложить на основе мониторинга плодородия земель микрозональное районирование приёмов воспроизводства почвенного плодородия на примере Самарской области;
– прогнозировать интенсивность почвенных процессов и направленно регулировать продуктивность культур с учётом экономической целесообразности и ресурсной обеспеченности хозяйств;
– предложить производству технологии сохранения и повышения почвенного плодородия на основе возобновляемых биологических средств (солома на удобрение, сидераты, многолетние травы, биопрепараты и др.);
– предложить комплекс приёмов воспроизводства почвенного плодородия в современных ресурсоэкономных технологических комплексах нового поколения.
Производственная проверка результатов исследований проводилась в СПК "Дружба" Кошкинского района на площади 13,5 тыс.га с экономическим эффектом 16,9 млн.руб. и ООО АФК "Культура" Безенчукского района Самарской области на площади 1771 га, при рентабельности производства зерна 17%.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на международных научно-практических конференциях ВНИИПТИХИМ, ВИУА, региональной конференции Самарского НИИСХ в связи со 100-летием и 110-летием его основания, на заседании круглого стола в Самарской Губернской Думе (2009 г.), научно-технических советах Министерств сельского хозяйства РФ и Самарской области, международной научно-практической конференции "Землям сельскохозяйственного назначения – рациональное использование", Самара, 2012 г..
Опубликовано 42 научных статьи, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК - 16 статей.
Структура и объём диссертации. Состоит из введения, 9 глав, выводов и предложений производству. Работа выполнена на 332 стр. компьютерного текста, содержит 107 таблиц, 31 рисунок. Список использованной литературы включает 294 наименования, из них 12 -иностранных авторов.
Роль современных ресурсосберегающих технологий в повышении почвенного плодородия и эффективном ведении сельскохозяйственного производства
Рациональное использование земельных ресурсов, сохранение и воспроизводство плодородия земель сельскохозяйственного назначения являются в настоящее время важнейшей проблемой и условием устойчивого развития агропромышленного комплекса (В.Г. Минеев, 1993 и др.). Однако экстенсивное сельскохозяйственное использование почв, несоблюдение чередования культур в севооборотах, дефицитный баланс элементов питания приводят к негативным количественным и качественным изменениям элементов потенциального и эффективного плодородия.
Оценивая произошедшие и происходящие изменения в плодородии почв Г.П. Гамзиков и М.Н. Кулагина (1992) подразделяют их на 2 группы: неуправляемые (неизбежные) и регулируемые. При отсутствии экстремальных условий в системе почва-растение формируется равновесное соотношение между элементами плодородия и формированием урожая, их воспроизводством и процессами деградации (разложение органического вещества, минерализация гумуса и др.) При вовлечении почвы в обработку природное соотношение между процессами в почве и растениях нарушается: уменьшается поступление в растения и отчуждение с биомассой культурных растений элементов питания, процессы минерализации гумуса преобладают над процессами гумификации, что приводит к уменьшению количества органического вещества до уровня нового равновесного состояния.
Важнейшим показателем, который определяет уровень почвенного плодородия, является содержание гумуса, поэтому в обзоре особое внимание уделено этому вопросу.
В.Г. Минеев, Л.К. Шевцова (1978) приводят данные о снижении за 30-50 лет сельскохозяйственного использования земель содержания гумуса на 35-40% к исходному количеству.
Анализ обобщённых материалов по изменению содержания гумуса в чернозёмных почвах свидетельствует о несколько меньших потерях органического вещества (В.Е. Егоров, 1978; В.И. Кирюшин, Л.В. Лебедева, 1972; Г.Н. Найденов, 1991 и др.). При этом авторы приводят цифры, близкие к интервалу 15-25%. Условно можно принять эти нормативы за критерии биологических потерь.
Более высокие потери, до 35-40%, отмеченные отдельными авторами (В.А. Жуков, 1988; В.Д. Панников, А.П. Щербаков, 1998 и др.) относят за счёт других факторов (эрозии, дефляции и др.). Снижение потерь гумуса до 4-12% от исходного количества (Г.Н. Черкасов, Е.П. Проценко, 2004; Б.С.Носко, Г.Я.Чесняк, 1988 и др.) связано с применением удобрений.
Распашка и длительное сельскохозяйственное использование чернозёмов приводят к значительному снижению содержания гумуса. По данным Ф.Тэйта (1991), С.А. Саmрbell, 1984; Dormaar (1979) потери гумуса в степях США и Канады составляли 40-60% от первоначального его содержания.
В европейской части России без удобрений тучные чернозёмы (гумус 10%) трансформируются в среднегумусные (5-7%). Очевидно, на уровень деградации почвы повлияли также эрозионные процессы (Л.А. Гришина, 1986).
По мнению В.И.Кирюшина и И.Н.Лебедевой (1972), снижение содержания гумуса в почве более интенсивно происходит с севера на юг. Они приводят данные экспериментов согласно которым, за 50-200 лет сельскохозяйственного использования потери гумуса составили в северных районах 3-14%, на южных чернозёмах – 10-21%.
За 10 лет использования типичные чернозёмы потеряли 16,3 т гумуса, а чернозёмы обыкновенные – 11,8 т/га (С.Б. Кененбаев, 1983).
Ежегодные потери гумуса по данным Г.Я.Чесняк, А.П.Чичкина (2001) составляют 0,5-1,8 т/га.
Из типичных чернозёмов Украины ежегодные потери гумуса составляют 0,7-1,0 т/га (Н.К. Балаев, 1986; Б.С. Носко, 1987), Казахстана – на 1,5 т/га (М.И. Рубинштейн, Т.Т. Тазабеков, 1985), Сибири – 1,0-2,5 т/га (Е.Г. Чагина, 1986).
Снижение содержания гумуса может существенно замедляться или возрастать в зависимости от культур севооборота. Ускорение минерализации органического вещества по данным В.А. Корчагина, А.П.Чичкина (1994) происходит при введении в севооборот чистых паров и пропашных культур (1,2-1,6 т/га и 0,7-1,5 т/га ежегодно). Значительно меньшие потери гумуса отмечаются при насыщении севооборота зерновыми культурами (на 0,5-0,7 т/га в год).
В подпахотном горизонте уменьшение гумуса происходит медленнее, чем в верхнем корнеобитаемом слое (А.П. Щербаков, И.Д. Рудай, 1983; И.А. Чуданов, 1992 и др.).
Систематическое применение минеральных удобрений по данным В.М. Бижоева (1988), Л.М. Державина (1991) полностью не предотвращает потери гумуса, однако поддерживает его количество на более высоком уровне по сравнению с полями, где удобрения не вносились.
Для предотвращения потерь гумуса на южных чернозёмах по данным исследований В.И. Полупан (1986) необходимо вносить 8-10 т/га навоза в год.
Л.М. Державин (1991) считает необходимым внесение не менее 4-5 т/га навоза. На содержание гумуса согласно предыдущим исследованиям несколько меньшее влияние оказывают минеральные удобрения, однако это зависит от условий проведения исследования и доз удобрений. По расчётам К.В. Дьяконовой, В.С. Булеевой (1987) для поддержания бездефицитного баланса гумуса в условиях Воронежской, Тамбовской областей необходимо вносить 8-10 т/га навоза, а на типичных чернозёмах ЦЧО – 4-5 т/га навоза.
По данным И.Г. Захарченко (1978), Д.С. Орлова (1990) положительный баланс гумуса складывается при внесении 6-10 т/га навоза и 4-8 т/га стандарт
ных туков. При этом содержание гумуса возрастает и в подпахотном слое почвы (Н.Н. Мартынович, 1989; А.П. Щербаков, И.А. Рудай, 1983).
В современных условиях значительным резервом сохранения и воспроизводства гумуса в почвах, наряду с внесением органических и минеральных удобрений, являются расширение посевов многолетних трав, введение почвозащитных севооборотов и оптимизация посевных площадей.
Основным источником воспроизводства гумуса в корнеобитаемом слое почвы являются корневые и пожнивные остатки растений. При биологически обусловленном соотношении основной продукции: корни+послеуборочные остатки повышение урожайности культур влечёт за собой дополнительное поступление в почву органического вещества. Применение удобрений, по данным А.М.Лыкова (1989), увеличивая формирование на 25-35% более высоких урожаев биомассы, оказывает положительное влияние на накопление гумуса в почве. Изменяя химический состав растений удобрения, одновременно с увеличением биогенных элементов в почве, влияют на скорость и глубину трансформации растительных остатков, образование гумусовых веществ (А.А. Туев, 1989).
В длительных стационарных опытах в Поволжском регионе изучалось самостоятельное и совместно с минеральными удобрениями влияние сиде-ральных культур на плодородие почвы (В.Ф. Кормилицын, 1987). Установлена взаимосвязь между эффективным и потенциальным плодородием.
Для обеспечения систематического роста урожайности недостаточно поддержания равновесия между ними на одном уровне. Рост урожайности базируется на постоянном воспроизводстве как эффективного, так и потенциального плодородия. Повышение эффективного плодородия за счёт потенциальных запасов ведёт к неминуемому разрушению почвы.
Согласно данным А.И. Жукова и П.Д.Попова (1988) убыль гумуса более существенна при высоком его содержании в почве, чем при низком. На варианте с низким содержанием гумуса в почве оно при внесении минеральных удобрений оставалось стабильным.
Эффективность техногенных средств воспроизводства почвенного плодородия в зернопаровом севообороте
В последние годы в отечественном и зарубежном сельском хозяйстве широкое применение получили агротехнологии нового поколения, которые привели к существенным изменениям в приёмах возделывания сельскохозяйственных культур и способах воспроизводства почвенного плодородия.
Научно-практический опыт, накопленный в нашей стране и за рубежом, свидетельствует о том, что переход на системы земледелия нового поколения с современными технологиями возделывания сельскохозяйственных культур является не частной задачей, а носит характер крупной народно-хозяйственной проблемы, с решением которой связывается успешное развитие всего растениеводства на ближайшую перспективу.
Массовое освоение нового поколения технологий стало в настоящее время неотложной задачей не только потому, что в них аккумулированы последние достижения зарубежной и отечественной сельскохозяйственной науки и техники, но и с возможностью преодоления с их помощью трудностей, сложившихся в полеводстве (низкая доходность, изношенность парка машин и высокие темпы снижения почвенного плодородия).
Положение усугубляется большой затратностью традиционно сложившихся в земледелии технологий, основанных на постоянной вспашке и низкой окупаемостью вкладываемых в производство средств интенсификации.
Ресурсосбережение является важной составной частью научно обоснованной адаптивной стратегии интенсификации растениеводства. «Переход к адаптивному растениеводству, отмечает академик А.А. Жученко, предполагает в первую очередь, более широкое использование ресурсосберегающих технологий» (2004).
Освоению систем земледелия с технологиями, именуемыми в настоящее время ресурсосберегающими, предшествовал более чем вековой период научного обоснования, накопления практического опыта их использования (И.Е.Овсинский, 1890; З.Х.Фолькнер, 1956; Н.М. Тулайков, Т.С.Мальцев, 1971; А.И. Бараев, 1967, 1971 и др.).
Впервые идеи перехода к бесплужному земледелию получили распространение в России в 20-годах девятнадцатого века. В степях Украины И.И.Овсинский успешно применил поверхностную обработку почвы. Выступая за мелкую обработку почвы специально сконструированным культиватором, он отмечал: «Приверженцы старой системы портят землю своей обработкой, стараются свою ошибку замаскировать удобрениями и известкованием».
Большой вклад в развитие идей почвозащитного земледелия с использованием орудий безотвальной обработки почвы внесли видные учёные нашей страны академики Н.М. Тулайков, Т.С. Мальцев, А.И. Бараев. Академик Н.М. Тулайков (1932), касаясь формирования новых приёмов агротехники в созданных в Поволжье крупных хозяйствах Зернотреста, впервые поставил в нашей стране задачу перехода в земледелии к агрегатным агротехническим приёмам (сочетанию предпосевной обработки почвы и посева), использованию стерни для снегозадержания, замену в необходимых случаях вспашки мелкими обработками почвы. Он отмечал: «Может быть нет никакой необходимости ежегодно подвергать землю известному циклу обработки, а лучше выдерживать определённый цикл агротехнических приёмов во времени, которые дадут возможность получить максимум того, что можно вообще ожидать от агротехнических приёмов» (1933).
В последующем идеи бесплужного земледелия получили широкую поддержку и обоснование в работах академиков Т.С. Мальцева и А.И. Бараева. Оба автора выступали за отказ от постоянной отвальной обработки почвы, за сохранение стерни и других органических остатков на поверхности поля, придание решающей роли верхнему слою в питании растений и повышении почвенного плодородия.
А.И. Бараев писал: «Безотвальная обработка почвы с сохранением стерни имеет первостепенное значение в борьбе с засухой. Изменение системы обработки почвы, отказ от отвальной вспашки и переход на обработку почвы безотвальными орудиями могут значительно повысить урожай зерновых культур…» (1988).
Большое внимание совершенствованию систем полеводства и способов обработки почвы уделяли классики естествознания – В.В. Докучаев (1936), К.А. Тимирязев (1937), П.А. Костычев (1951) и др.
Особая роль при переходе на новые технологии отводится решению проблемы сохранения и повышения почвенного плодородия.
Основными мотивами, побудившими форсирование на современном этапе освоения новых технологий в мировой практике, стали задачи сохранения почвенного плодородия, предотвращение разрушительных процессов эрозии, деградации почв и дегумификации. Ускорению действия этих отрицательных процессов способствуют широко применяемые интенсивные обработки почвы, вызывающие нарастание уплотнённости почв, ухудшение их агрофизических свойств, снижение содержания гумуса. На фоне повышенной уплотнённости и других отрицательных моментов традиционных механических обработок формируется плотная корка, крупные глыбы, трещины. На землях с длительным интенсивным сельскохозяйственным использованием чернозёмов с большим количеством обработок снижается ёмкость катионного обмена, возросла степень ненасыщенности почвы основаниями, сократилось содержание обменного калия, уменьшилась интенсивность гумусообразования (А.П.Щербаков, И.И. Васенев, В.Т. Лобков, 2001; Д.И.Щеглов, 1999).
По данным Самарской ГСХА (Г.И. Казаков, 1997) деформация почв под действием тяжёлых машин достигает глубины 0,6-1,2 м, создаётся подпахотный уплотнённый слой, резко ухудшаются физические свойства, водный и пищевой режимы. Плотность почвы после четырёх проходов трактора К-700 увеличивается на 18%, урожайность снижается на 17,4%.
В опытах И.А.Чуданова (2006), плотность верхнего слоя почвы (0-10 см) после 2-4 проходов трактора К-700 увеличилась с 1,13 г/см3 до 1,37-1,48 г/см3, возрастала и твёрдость почвы. В результате урожайность яровой пшеницы снизилась при двухкратном проходе К-700 на 21,2%, и при четырёхкратном – на 68,7%.
По обобщённым данным содержание гумуса на чернозёмах ЦЧП уменьшилось за последние годы на одну треть (А.П. Щербаков, И.Д. Рудай, 1983).
Ежегодные потери гумуса в Самарской области сложились на уровне 0,7 т/га, а по отдельным районам – более 1 т/га. За период с 1986 по 2004 гг. удельный вес пахотных земель с низким содержанием гумуса повысился с 34 до 44%, со средним снизился – с 50 до 45%, с повышенным – с 16 до 12%.
Содержание подвижных форм питательных веществ в почве, структура и урожайность сельскохозяйственных культур
Самарская область, расположенная в центральной части Среднего Поволжья, отличается значительной неоднородностью природных условий и почвенного покрова.
Невысокий уровень поступления в почву органического углерода, большие затраты энергии почвы на минерализацию пожнивно-корневых остатков с умеренным и широким отношением С:N, в сочетании с интенсивным потреблением минерального азота растениями приводят к отрицательному балансу гумуса во всём генетическом профиле неудобряемой почвы и с применением минеральных систем удобрения.
Левобережная часть Самарской области (Заволжье) по общей схеме геоморфологического строения представляется как западное крыло крупных тектонических поднятий Бугульминско-Белебеевской возвышенности и Общего Сырта, понижающегося и затем сменяемое обширной Предволжской впадиной с долиной реки Волги.
Наиболее приподнятой является северо-восточная часть области, именуемая Высоким Заволжьем. Она представляет собой систему массивных плосковершинных, а местами узких гребневидных междуречий, вершины которых располагаются на близких гипсометрических уровнях (от 180-250 до 300 м над уровнем моря). На всей территории Высокого Заволжья широко распространены карстовые формы рельефа.
На более низких высотных уровнях (около 50 м) вдоль реки Волги располагаются менее развитые, прерывистые надпойменные террасы верхнечетвертичных эрозионно-аккумулятивных генераций, связанных с последними стадиями оледенения севера Русской равнины. В геологическом строении территории Самарской области участвуют отложения каменноугольной, пермской, триасовой, юрской, меловой, третичной и четвертичной систем. Выходы наиболее древних каменноугольных отложений, представленные известняками и доломитами, обнаруживаются лишь на северной окраине Самарской Луки в районе Жигулевских гор, Пермскими отложениями сложена в основном северо-восточная левобережная часть области, район Высокого Заволжья и представлены разнообразными доломитами, пластами гипса, известняка, мергелями и зеленовато-серыми глинами. Осадки меловой системы отмечены только в правобережной части области.
Породы юрской системы представлены в области средним и верхним отделами, выходы их можно наблюдать на Самарской Луке. Юрские глины и их элювий содержат значительные концентрации хлористых и сернокислых солей натрия, поэтому в местах их распространения часто находятся сланцы и солонцеватые почвы.
Самая верхняя, континентальная фация плиоцена представлена сырто-выми глинами (район Сыртового Заволжья). Наибольшей мощности сыртовые глины достигают на пологих северных склонах основных междуречий.
Карта-схема районирования природно-экономических зон представлена на рисунке 1. Климатические условия Самарской области формируются в основном под влиянием атмосферных процессов со стороны обширного Азиатского континента, перегретого в летний период и охлажденного зимой, и Атлантического океана, приносящего влагу и смягчающего температурные колебания.
Климат области континентальный: ему свойственны резкие температурные контрасты, дефицит влаги, интенсивная ветровая деятельность, высокая инсоляция. Среднегодовая температура воздуха варьирует в пределах +2,8-+4,0С, а гидротермический коэффициент снижается с 0,8-1,0 в лесостепной зона до 0,6 в степной части области (табл. 1). Таблица 1 Агроклиматические показатели центральной и южной степной зон
Самарской области
Природно-климатические зоны Теплообеспеченность Влагообеспеченность ГТК (гидро-термический ко-эффици-ент веге-тацион-ного периода)
Среднегодовая температура воздуха, С Сумма суточных температур 10С,(tакт.), С Период активной вегетации ( 10С), дней Годоваясуммаосадков(Р),мм Запас продуктивной влаги в слое 0-100 см, мм Центральная (переходная зона от лесостепи к степи) 3,6-4,0 2500-2600 135-150 350-400 125-150 0,8 Южная степная 3,7-4,0 2600-2700 135-142 270-300 100-120 0,6 Южная часть области характеризуется резкими переменами температур от -40оС зимой до +35-37оС летом. Сумма температур ( 10оС) – 2600-2700оС. Центральная зона – представляет собой южную лесостепь, переходящую открытую степь с типичными и обыкновенными черноземами. Общая площадь земель зоны 2,4 млн. га (45,3%), в т.ч. 1,6 млн. га (29,9%) – сельскохозяйственных угодий, из них 1,1 млн. га (23,3%) пашни.
Южная зона – степная, с преобладанием обыкновенных и южных карбонатных черноземов и тёмно-каштановых почв, занимает 1,5 млн. га (28,1%) области, в т.ч. 1,4 млн. га (26,8%) находится под сельскохозяйственными угодьями, из них 1 млн. га (19,2%) пашни.
Основные почвенные разности центральных и степных районов Заволжья представлены чернозёмами типичными, южными и каштановыми почвами. Чернозёмы типичные занимают 11178,5 тыс. га или 21,8% территории Самарской области. В структуре пахотных угодий на их долю приходится 24,9%. Эта самая распространенная группа почв, свойственная восточной части переходной от лесостепи к степи Заволжья (междуречье р. Малого Кинеля и Самары). Рис.1. Карта-схема районирования природно-экономических зон Самарской
области – Северная зона повышенного увлажнения (ГТК 0,9), серые лесные почвы, чернозёмы выщелоченные, типичные и обыкновенные.
– Центральная (переходная) зона умеренного увлажнения (ГТК 0,9-0,8), чернозёмы типичные и обыкновенные.
– Южная зона пониженного и слабого увлажнения (ГТК 0,6-0,8, чернозёмы южные карбонатные и тёмнокаштановые почвы с комплексами солонцеватых почв. Генезис этой разновидности черноземов связан с образованием большой биомассы разнотравно-злаковой растительности в условиях дефицитного атмосферного увлажнения.
В условиях области основная роль высокой карбонатности чернозёмов принадлежит формированию почвы непосредственно на карбонатных породах (известняках, мергелях, мелу и т.д.). Чернозёмы такого рода выделяются под названием остаточно-карбонатных. Их общая площадь – 339,2 тыс. га, в том числе на пашне – 168,5 тыс. га.
Остаточно-карбонатные черноземы приурочены большей частью к сильно расчлененному рельефу. Наибольшее распространение на территории области получили маломощные остаточно-карбонатные черноземы (91%). Средняя мощность их гумусовых горизонтов (А+АВ) составляет 30-35 см. По содержанию органического вещества в пахотном слое остаточно-карбонатные черноземы тяжелого гранулометрического состава относятся к категории среднегумусных с 6-8% гумуса.
Остаточно-карбонатные чернозёмы характеризуются преимущественно тяжёлым гранулометрическим составом с содержанием фракции 0,001 мм – 58-64%. В соответствии с тяжёлым гранулометрическим составом и высоким содержанием гумуса, максимальная гигроскопичность в верхнем горизонте составляет 10,6%, Отсюда и высокий процент влажности завядания – 15,9%.
Чернозёмы обыкновенные занимают 636,8 тыс. га или 12,3% площади области, из которых 542,0 тыс. га (84%) распахивается.
По морфологии обыкновенные черноземы аналогичны типичным. Во всем профиле не наблюдается никаких солевых скоплений, кроме карбонатов кальция и магния, которые выделяются в виде пятнистых веществ, псевдомицелия в горизонте В, а затем в виде белоглазки.
По мощности гумусовых горизонтов подавляющая часть обыкновенных черноземов относится к среднемощным видам. По гранулометрическому составу преобладают глинистые и тяжелосуглинистые разновидно 57
сти, составляя 77% общей площади обыкновенных черноземов. На долю среднесуглинистых приходится 18,4%, легкосуглинистых 3,3% и супесчаных – 0,9%.
Чернозёмы южные, занимающие обширную территорию Среднего Заволжья, занимают 1113,4 га, или 20,8% общей площади области, из них в пашне 867,0 тыс. га.
Южные черноземы характеризуются пониженным общим запасом гумуса (порядка 300 тыс.га) при содержании его в верхнем 20-см слое 4-6%.
Черноземные почвы области незначительно отличаются по таким агрохимическим показателям, как гидролитическая кислотность, сумма поглощенных оснований и степень насыщенности основаниями. В подавляющем большинстве они характеризуются слабокислой и нейтральной реакцией почвенных растворов, вполне благоприятной для роста и развития большинства сельскохозяйственных культур.
Наибольшее распространение имеют маломощные, в той или иной степени смытые почвы, обладающие пониженной производительностью. Посевы на них слабо противостоят изменениям погодных условий.
По гранулометрическому составу преобладают глинистые и тяжелосуглинистые разновидности. Доминирующее положение занимают в составе фракции ила и крупной пыли. Предельная полевая влагоёмкость южных чернозёмов также довольно высока (30-35%).
Каштановые почвы распространены в юго-восточной части степной зоны – в подзоне засушливой степи Заволжья, расположенной южнее р. Большого Иргиза. Общая площадь их 152,1 тыс. га, или 2,7% территории области. Сельскохозяйственная освоенность этих почв очень высокая: 114,3 тыс. га распахивается и 34,4 тыс. га заняты пастбищами.
Агрохимические показатели плодородия почвы в полевом севообороте с ресурсосберегающими технологическими комплексами при длительном применении минимальных обработок почвы
В приходной статье баланса учтено внесение азота с удобрениями, не-симбиотическая азотфиксация, выпадение с осадками и поступление с семенами. В расходную статью баланса включено отчуждение азота с урожаями и потери азота от денитрификации. Вынос азота компенсировался с учетом всех статей поступления его в почву на 68-78%.
По результатам последнего тура обследования почвенного плодородия малогумусные почвы составляют 46,1% от общей площади сельскохозяйственных угодий. Менее распространены слабогумусированные почвы – 27,4%. Среднегумусные виды почв занимают площадь 25%. На долю высокогумусных и микрогумусных приходится соответственно 0,2% и 1,3%. Большая часть площади, занимаемой высокогумусными почвами, находится под пастбищами (54,2%). Средне-, малогумусные и слабогумусированные угодья заняты преимущественно пашней и многолетними насаждениями. Площади малогу-мусных почв заняты в основном пашней (55,0%) и пастбищами (42,1%).
В почвенном покрове большинства районов области преобладают мало-гумусные почвы. Среднегумусные почвы наиболее распространены в северных районах области, где они занимают от 74 до 80,0% площади сельскохозяйственных угодий. Наиболее бедны гумусом почвы на юге области (зона южных чернозёмов), где слабогумусированные почвы занимают от 40,9% до 65,3% общей площади.
По мощности гумусового горизонта наибольшее распространение получили среднемощные почвы – 51,5%. Несколько меньшую площадь занимают маломощные – 41,8%. Наиболее распространены легкоглинистые разновидности – 56,5% от общей площади сельхозугодий. Тяжелосуглинистые почвы занимают (18,8%), среднесуглинистые – 10,6%. В почвенном покрове большинства районов, также преобладают легкоглинистые разновидности.
Подавляющее большинство сельхозугодий области занято несмытыми почвами – 70,4%. Слабосмытые почвы распространены на 21,7% площадей. На долю средне- и сильносмытых приходится соответственно – 4,6% и 3,3%. Сильносмытые почвы наиболее распространены на севере области, где они занимают 12,1% от площади сельскохозяйственных угодий.
По данным последнего тура обследования содержание гумуса в почвах области в среднем составляет 4,9%. Наиболее гумусные (6,6-7,0%) почвы сосредоточены в северо-восточной части области: Исаклинский, Камышлинский, Клявлинский, Кошкинский, Похвистневский, Сергиевский, Челно-Вершинский и Шенталинский районы. К югу и западу содержание гумуса в почвах заметно уменьшается. В Красноярском, Ставропольском, Шигонском и Сызранском районах это уменьшение связано с механическим составом. Низкое содержание гумуса (4,2-4,3%) имеет пашня южных и юго-восточных районов (Большеглу-шицкий, Нефтегорский, Алексеевский), самое низкое содержание гумуса (3,7-3,8%) – в Хворостянском, Пестравском, Большечерниговском районах. Изменение содержания гумуса по области в целом за период между обследованиями 1991-1992 и 2002-2003 гг. составляет 0,2%. Ежегодные потери гумуса по области, по результатам наблюдений на реперных участках, составляют 0,4 т/га (табл.11). Таблица 11 Изменение средневзвешенного содержания гумуса в пахотном слое основных чернозёмных почв
Запасы гумуса в почвах области, как правило, увеличиваются в направлении от светло-серых лесных почв к типичным чернозёмам: светло-серые серые тёмно-серые лесные почвы оподзоленные и выщелоченные чернозёмы типичные чернозёмы. Дальше на юг, к южным чернозёмам и каштановым почвам, запасы гумуса снижаются.
Больше всего гумуса содержится в типичных чернозёмах (в метровом слое до 800-900 т/га), меньше всего – в светло-серых и серых почвах (80-270 т/га).
По результатам обследований почв пахотных угодий Самарской области можно сделать вывод, что за последние 20 лет в области практически исчезли чернозёмы с высоким содержанием гумуса (свыше 8%). Сократились и площади среднегумусных почв с содержанием гумуса 6-8%, их удельный вес в структуре пашни области снизился с 31,9 до 10,7%. Вместе с тем, увеличилось количество слабогумусированных почв (с 19,3 до 40,0%).
Значительное ухудшение показателей баланса питательных веществ в пахотных почвах области объясняется, главным образом, низкими объёмами применения минеральных удобрений и значительным снижением внесения органических удобрений. Если в 1988 г. для бездефицитного баланса гумуса требовалось внести 3,0 т/га навоза, то в 2010 г. требуется 5,0 т/га, что объясняется, в первую очередь, снижением площадей многолетних трав (2010 г. – 122 тыс.га), увеличением площади посева пропашных культур, уменьшением объёмов внесения навоза, недостаточным использованием нетрадиционных источников органического вещества.
К основным причинам снижения плодородия почв следует отнести как природные факторы (проявление эрозионных процессов, подъем уровня грунтовых вод), так и нарушение баланса азота и других питательных веществ (подвижного фосфора и обменного калия), вынос которых не восполняется удобрениями; снижение уровня культуры земледелия.
В связи со сложившимся ресурсным обеспечением отрасли в ближайшее время основным направлением в использовании пашни должно стать равновесное природопользование, позволяющее вести сельскохозяйственное производство с минимальными отрицательными последствиями, сохраняя и поддерживая естественное плодородие почв, для этого необходимо обеспечить сбалансированный кругооборот биогенных элементов питания, широкое использование биологических средств воспроизводства почвенного плодородия.
Полученные в исследованиях нормативы и закономерности по воздействию изучаемых факторов на продуктивность культур и плодородие почвы позволят обеспечить сельскохозяйственное производство научно обоснованными показателями изменения почвенного плодородия во времени, служат нормативной базой при разработке систем координатного земледелия, технолого-технических проектов выращивания высоких урожаев сельскохозяйственных культур.
Сложившийся гумусовый баланс почв Самарской области и тенденции его изменения требуют принятия безотлагательных мер, направленных на то, чтобы остановить процессы падения содержания гумуса. Потребуется принять ряд принципиально новых приёмов, направленных на повышение производительных сил почвы с широким использованием биологических средств воспроизводства почвенного плодородия (солома, сидераты, оптимизация посевов многолетних трав и др.).
