Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние изученности вопроса, условия и методика проведения исследований
1.1 Приемы оптимизации использования биоклиматических ресурсов территории 11
1.2 Методы оценки сельскохозяйственной продуктивности климата 13
1.3 Агроэкологические особенности условий формирования продуктивности сельскохозяйственных культур на склонах 18
1.4. Методика и условия проведения исследований 23
2. Оценка современного ресурсного состояния черноземной зоны саратовского правобережья 28
2.1. Природно - ландшафтные особенности территории 28
2.2 Термические и световые ресурсы 32
2.3 Условия увлажнения 34
2.4 Современные тенденции в изменении климата региона и их влияние на продуктивность озимой и яровой пшеницы 36
2.5. Характеристика биоклиматического потенциала 51
3. Влияние рельефа на основные факторы продуктивности растений и показатели плодородия почвы 53
3.1 Микроклиматическая изменчивость радиационного и теплового режима склонов 53
3.2. Водный режим и испаряемость 59
3.3. Влияние рельефа на основные показатели плодородия почвы 63
3.4. Реакция продуктивности различных сельскохозяйственных культур на степень смытости почвы и экспозицию склона 70
4. Методика оценки биоклиматического потенциала основных типов агроландшафтов 75
4.1. Современное агроэкологическое состояние и типизация агроландшафтов 75
4.2. Расчет показателей тепло- и влагообеспеченности склоновых агроландшафтов 78
4.3. Определение коэффициента биологической продуктивности по показателю влагообеспеченности при разном уровне деградации почвенного покрова 83
4.4. Оценка биоклиматического потенциала различных элементов и типов агроландшафтов
5. Приемы повышения эффективности использования зерновыми культурами биоклиматического потенциала (БКП) в различных типах агро ландшафтов 97
5.1. Зависимость эффективности использования БКП от размещения культур по элементам рельефа в агроландшафте 98
5.2. Эффективность использования БКП в зависимости от способа основной обработки почвы 103
5.3. Роль предшественников и типов севооборотов в повышении использования биоклиматического потенциала (БКП) 106
5.4 Влияние удобрений на уровень использования БКП 110
5.5 Роль противоэрозионного комплекса в оптимизации использования биоклиматического потенциала склоновых агроландшафтов 116
6. Эколого - экономическая оценка производства зер- новых культур на черноземных почвах саратовского правобережья 121
6.1 Эко лого-экономическая оценка технологий возделывания озимой и яровой пшеницы в основных типах агроландшафтов 121
6.2 Совокупная оценка обыкновенных и южных черноземов по биологической продуктивности и эффективности затрат при производстве зерновых культур 123
Выводы 126
Предложения производству 13 0
Список литературы 131
Приложения 145
- Методы оценки сельскохозяйственной продуктивности климата
- Современные тенденции в изменении климата региона и их влияние на продуктивность озимой и яровой пшеницы
- Влияние рельефа на основные показатели плодородия почвы
- Расчет показателей тепло- и влагообеспеченности склоновых агроландшафтов
Введение к работе
Проблема наиболее полного и рационального использования естественных природных ресурсов территории с целью повышения продуктивности сельскохозяйственных культур всегда оставалась в центре внимания земледельческой науки.
В условиях засушливого Поволжья, где главной особенностью климата является частая повторяемость засух, эта проблема традиционно решалась путем создания высокопродуктивных и засухоустойчивых сортов сельскохозяйственных культур и разработки интенсивных, влагосберегающих технологий их возделывания.
Анализ современного состояния вопроса показывает, что химико-техногенная направленность существующих систем земледелия и неадаптивный подход к процессам интенсификации сельскохозяйственного производства обусловили целый ряд негативных последствий, которые проявляются в снижении урожайности большинства сельскохозяйственных культур, высокой зависимости валовых сборов зерна от погодных условий, катастрофически возросших масштабах водной и ветровой эрозии.
Прогрессирующая деградация почвенного покрова, обусловленная нерациональным использованием земельных ресурсов и низким уровнем хозяйствования, по мнению ученых, стала в последние годы самой острой проблемой земледелия.
По материалам Государственного доклада о состоянии и использовании земель РФ скорость прироста эродированных почв в течение последних 40 лет достигла 6-7% на каждые 5 лет и составляет 0.4-1.5 млн га в год. Удельный вес смытой пашни в Поволжском регионе составляет 25%. В Саратовской области более 50% земель подвержены водной, 1.5% - ветровой эрозии и около 12% потенциально опасны в отношении водной и ветровой эрозии.
Во многих регионах страны сложившаяся ситуация создала серьезную экологическую напряженность, что послужило основанием для развития новых, адаптивно-ландшафтных систем земледелия. К важнейшим достоинствам новых систем земледелия следует отнести: организацию территории на ландшафтной основе, типизацию земель по ресурсам почвенного плодородия, тепла, влаги, более углубленную адаптацию сельскохозяйственных культур и технологий их возделывания к агроэкологическим особенностям земель и отчетливо выраженную природоохранную направленность.
По оценкам специалистов адаптация систем земледелия до уровня агро-ландшафта позволит значительно уменьшить негативные последствия дегра-дационных процессов, повысить экологическую устойчивость агроландшафтов и стабилизировать сельскохозяйственное производство.
Формирование систем земледелия на ландшафтной основе начинается с адаптивно-ландшафтной организации территории и оценки ее ресурсного потенциала. Только после этого происходит выбор наиболее оптимального способа использования имеющихся ресурсов.
Выделение однотипных территорий и экологически безопасное их использование базируется на комплексной оценке всех факторов, решающими среди которых являются уровень адаптивности и рентабельности возделывания сельскохозяйственных культур на соответствующей территории.
Важнейшим условием дифференциации территории, оказывающим решающее влияние на распределение факторов природной среды по элементам агроландшафта, является рельеф. При этом микроклиматические различия даже в пределах одного севооборота или водосборной площади могут превышать средние различия по фоновым показателям климата между пунктами, расположенными на расстоянии 300-400 км по широте (А.А. Жученко,2000, Медведев , 2000).
Поэтому вопросы, связанные с правильной оценкой и учетом биоклиматического потенциала различных агроландшафтов, приемов его оптимизации, а также особенностей адаптивных реакций различных культур при возделывании их на пашне в условиях сложного рельефа, приобрели в настоящее время особую актуальность. Решение этих проблем в условиях роста экстремальности климата и всё возрастающей климатической составляющей в формировании величины и качества урожая большинства сельскохозяйственных культур, имеет большое народнохозяйственное значение и является важнейшим условием повышения экологической устойчивости агроландшафтов к действию абиотических и биотических факторов.
Изучением почвенно-климатических ресурсов и разработкой приемов наиболее рационального их использования в Поволжье занимались многие исследователи. Большой вклад в разработку основных принципов земледелия в засушливых районах: способов обработки почвы, построения севооборотов, сроков, норм и способов посева, направленных на борьбу с засухой, внесли Н.М. Тулайков, К.П. Шульмейстер, П.К. Иванов, В.А. Корчагин, Ю.Ф. Курдюков и др. Приемами оптимизации землепользования на склонах занимались А.И. Шабаев, И.Ф. Медведев, Т.В. Демьянова и др. Разработкой систем удобрений в севооборотах занимались М.П. Чуб, Н.В. Потатурина, Э.С. Гюрова, В.В. Пронько и др.
Вопросами микроклиматической изменчивости на склонах занимались Л.А. Сапожникова и Л.А. Голубова.
Агроклиматическое районирование территории Нижнего Поволжья и типизация засух по времени их наступления и влиянию на урожай были впервые проведены Р.Э. Давидом и П.Г. Кабановым. На основании глубокого анализа агроклиматических показателей и практического опыта ими были разработаны рекомендации по дифференциации агротехнических приемов в зависимости от складывающихся погодных условий.
Глобальное потепление климата и перестройка сезонности выпадающих осадков с акцентом на зимний период требует более объективной оценки биоклиматического потенциала интенсивно используемых в сельском хозяйстве земельных угодий.
Вместе с тем, практически отсутствуют работы, связанные с оценкой биоклиматического потенциала различных агроландшафтов, в которых особенности микроклимата элементов рельефа увязывались бы с агроэкологическими особенностями почв и варьированием урожайности. Недостаточно полно освещены вопросы, связанные с оценкой эффективности использования биоклиматических ресурсов различными культурами в зависимости от приемов интенсификации, а также особенностей адаптивных реакций растений на изменение агроэкологических условий произрастания. Особую актуальность постановка данных вопросов приобретает в связи с изменением социально-экономических отношений в сельском хозяйстве, что привело к преобладанию более прагматичного подхода в использовании биоклиматического ресурса пашни.
Все это и обусловило выбор темы диссертации, определило цель и задачи исследований.
Цель исследований - совершенствование метода оценки биоклиматического потенциала для основных типов агроландшафтов и определение вклада различных элементов системы земледелия в эффективность его использования основными зерновыми культурами.
В соответствии с целью исследований в работе были поставлены следующие задачи: - выявить особенности регионального проявления глобального изменения климата и его влияние на сельскохозяйственную продуктивность черноземных почв Саратовского Правобережья; изучить влияние рельефа на микроклиматическую изменчивость ресурсов тепла, влаги и основные показатели плодородия почвы в различных типах агроландшафтов; усовершенствовать методику расчета биоклиматического потенциала с целью более глубокой адаптивной оценки ресурсного потенциала различных типов агроландшафтов и основных элементов системы земледелия; изучить особенности реакций различных сельскохозяйственных культур на экологические условия отдельных агроландшафтов; определить роль предшественников, удобрений, способов основной обработки почвы и приемов защиты почв от эрозии в повышении эффективности использования биоклиматического потенциала зерновыми культурами; дать эколого-экономическую и совокупную оценку обыкновенных и южных черноземов по биологической продуктивности и эффективности затрат на производство основных зерновых культур.
Предметом исследований явились основные факторы вариабельности урожайности сельскохозяйственных культур в пределах отдельных агроландшафтов (микроклиматическая изменчивость показателей тепло- и влагообес-печенности различных элементов ландшафта, характеристики почвенного покрова), поиск новых методических подходов к оценке биоклиматического потенциала отдельных агроландшафтов и эффективность его использования озимой и яровой пшеницей в зависимости от их размещения и агротехнических приемов возделывания.
Базовыми объектами явились опытные поля Экспериментального хозяйства НИИСХ Юго-Востока и ОПХ "Елизаветинское" Аткарского района, расположенные, соответственно, на южных и обыкновенных черноземах Саратовского Правобережья.
Материалом для исследований послужили результаты полевых стационарных опытов отделов защиты почв от эрозии и земледелия НИИСХ Юго-Востока, материалы экспедиционных микроклиматических наблюдений на склонах, оперативная гидрометеорологическая информация по метеостанции Саратов ЮВ и Саратовского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, информация климатических справочников и литературные источники по исследуемой теме.
Научная новизна. Автором впервые: выявлена связь продуктивности основных сельскохозяйственных культур с современными тенденциями изменения климата региона; усовершенствована методика оценки биоклиматического потенциала для отдельных агроландшафтов; проведена оценка современного биоклиматического потенциала основных типов агроландшафтов и определена роль элементов системы земледелия в эффективном его использования зерновыми культурами; проведена экономическая и совокупная оценка обыкновенных и южных черноземов Саратовского Правобережья по биологической продуктивности и эффективности затрат на производство зерновых культур.
Практическая значимость работы.
Результаты исследований позволят с помощью усовершенствованного метода проводить более детальную оценку ресурсного состояния различных типов агроландшафтов, адаптацию основных элементов системы земледелия и зерновых культур к рельефу, определять ценность земли по факторам биологической продуктивности и эффективности затрат, а также эффективность хозяйственного использования биоклиматического потенциала и резервы роста продуктивности сельскохозяйственных культур за счет более рационального использования естественных природных ресурсов территории.
На защиту выносятся следующие положения оценка современного ресурсного потенциала черноземных почв Саратовского Правобережья; усовершенствование методики оценки биоклиматического потенциала различных типов агроландшафтов; результаты оценки биоклиматического потенциала основных типов агроландшафтов и эффективности его использования зерновыми культурами в зависимости от их размещения и агротехнических приемов возделывания; результаты совокупной оценки обыкновенных и южных черноземов по биологической продуктивности климата и эффективности затрат на возделывание зерновых культур.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Всероссийской научно-практической конференции "Земледелие в XXI веке. Проблемы и пути их решения" (г. Курск, ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии, 2000г.), Российской научно-практической конференции, посвященной 200-летию Саратовской губернии "Экология, здоровье и природопользование" (Саратов, СГАУ, 1997 г.), региональной научно-практической конференции "Развитие адаптивных почвозащитных систем земледелия в Поволжье" (г. Саратов, НИИСХ Юго-Востока, 1998г.), Всероссийской научной конференции "Современная география и окружающая среда" (г. Казань, 1996 г.), на итоговых научных конференциях географического факультета Саратовского университета (1995, 1996, 1997), научной конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов СГАУ им. Н.И. Вавилова (2002, 2003 гг.), научно-практической конференции "Разработка адаптивных систем и природоохранных технологий производства сельскохозяйственной продукции в аридных районах России" (г.Волгоград, ГНУ ВНИИОЗ, 2003 г.).
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 14 научных работах.
Методы оценки сельскохозяйственной продуктивности климата
Сельскохозяйственная продуктивность климата определяется комплексом природных факторов, характеризующих органически связанные между собой агроклиматические и почвенные условия территории, обеспечивающие тот или иной уровень урожайности сельскохозяйственных культур. Поскольку каждая культура по - своему реагирует на внешние почвенно - климатические факторы, то оценка продуктивности климата может быть проведена либо для какой -то одной культуры, либо для групп культур с одинаковыми биологическими особенности.
Основы методики агроклиматической оценки территории были заложены в работах А.И. Воейкова (1884) и П.И. Броунова (1957). В дальнейшем их идеи получили развитие в исследованиях Г.Т. Селянинова (1933,1955), П.И. Колос кова (1953), И.А. Гольцберг (1962), С.А. Сапожниковой (1958), Ю.И. Чиркова (1979), Д.И. Шашко (1958,1967,1977,1982) и других ученых.
Сельскохозяйственная оценка климата в указанных работах базируется на двух бесспорно установленных в агрономической науке положениях - равнозначности факторов жизни и неравноценности факторов среды. Первый закон гласит, что ни один фактор жизни не может быть заменен другим, второй предполагает нетождественность факторов жизни и факторов среды. В соответствии с этим различают основные и второстепенные для данных объектов или процессов факторы.
Совершенно очевидно, что к числу основных факторов среды, определяющих условия роста, развития, урожайности и качества продукции сельскохозяйственных культур, относятся, прежде всего, свет, тепло и влага.
Продуктивность климата определяется в основном количеством поглощенной растениями солнечной энергии. По А.А. Ничипоровичу(1971) в зависимости от температуры, влажности воздуха и минерального питания растения используют от 0 до 20% солнечной энергии. Вариации температуры, влажности воздуха и минерального состава почв в пространстве и во времени обусловливают различное использование солнечной энергии в процессе фотосинтеза, в результате чего образуется различное количество органического вещества. При определенных сочетаниях тепла и влаги фотосинтез и минеральное питание составляют единую систему формирования биологической продуктивности растений. При остром несоответствии между количеством доступной влаги в почве и падающей на почву и поглощаемой энергии могут наступать сильные перегревы почвы, листьев и различных органов растений, а вследствие этого задержка роста и сильное снижение урожая. Поэтому в основе сельскохозяйственной оценки продуктивности климата в любом из предложенных методов лежат количественные зависимости, связывающие урожаи растений с ресурсами тепла и влаги. Г.Т. Селянинов (1928, 1930) обосновал ряд агроклиматических показателей тепло- и влагообеспеченности территории, выражающих степень благоприятности климата для возделывания определенных экологических типов сельскохозяйственных культур. Для оценки теплообеспеченности он предложил использовать сумму активных температур, а влагообеспеченности - гидротермический коэффициент ГТК (отношение суммы осадков к сумме температур за летние месяцы, уменьшенной в 10 раз).
Большой вклад в разработку методов оценки агроклиматических ресурсов территории сделал П.И. Колосков (1925, 1928, 1953). Он уточнил границы тепловых поясов и зон увлажнения, подразделил их на провинции и впервые ввел понятие биоклиматического потенциала территории.
Р.Э. Давид (1936) на основе анализа агроклиматических условий по фазам развития и продуктивности культур выделил перспективные центры возделывания сельскохозяйственных культур и провел региональное агроклиматическое районирование территории Юго-Востока.
В дальнейшем наибольшее распространение при оценке сельскохозяйственного бонитета климата и сравнительной оценке биоклиматических ресурсов различных территорий получили методы, предложенные С.А. Сапожниковой и Д.И. Шашко.
Исследования С.А. Сапожниковой (1957, 1963) показали, что между продуктивностью земледелия и теплообеспеченностью существует прямо пропорциональная связь. Чем длиннее вегетационный период, чем больше накапливается сумма активных температур, тем длиннее период фотосинтеза и тем, более позднеспелые культуры можно возделывать. Зависимость земледелия от увлажнения носит более сложный характер. Автор предлагает оценивать эту зависимость по показателю продуктивности увлажнения Пу, который рассчитывается как частное от деления урожайности (ц/га) при данном увлажнении на сумму температур за фактический период вегетации данной культуры, выраженную в сотнях градусов. Продуктивность климата Пк в этом случае вычисляется по формуле Пк = Пу X t 10.
Расчет потенциальной урожайности культуры при естественном увлажнении проводят по уравнению У=Пу t 10/100
Учет и оценка фактической и потенциальной биологической продуктивности давно привлекали внимание многих ученых - физиологов, почвоведов, земледелов, географов: К.А. Тимирязева (1957), В.В. Докучаева (1948), В.Р. Вильямса (1948) и др. В работах показано, что производительная сила земли, ее биологическая продуктивность определяются количеством поступающей солнечной энергии, а также соотношением тепла и влаги. В сходных условиях теплообеспеченности продуктивность растений определяется, прежде всего, степенью влагообеспеченности и наоборот. Впоследствии это положение было выражено Д.И. Шашко (1958, 1967, 1973) в форме относительных величин биоклиматического потенциала (БКП), учитывающих совместное влияние те-поа и влаги на продуктивность климата : БКП = Кр (ку) X t l 0 /1000, где БКП - относительные величины биоклиматического потенциала; Кр (КУ) - коэффициент биологической продуктивности или коэффициент роста, зависящий от влагообеспеченности; Z t 10 - сумма активных температур воздуха выше 10, отображающая поступление солнечной энергии и тепло-обеспеченность растений; 1000 - сумма температур на северной границе полевого земледелия.
Современные тенденции в изменении климата региона и их влияние на продуктивность озимой и яровой пшеницы
В связи с наблюдаемым глобальным потеплением климата важно определить правильную стратегию сельскохозяйственного производства в подборе видового и сортового состава возделываемых культур и оптимизации технологий их возделывания.
Определенный научный и практический интерес представляет оценка локального проявления климатических изменений и реакции продуктивности сельскохозяйственных культур на изменение основных агроклиматических характеристик.
В данной работе проведено исследование внутривекового хода средней температуры воздуха и осадков по 5 наиболее длиннорядным метеостанциям (Карабулак, Балашов, Октябрьский Городок, Саратов, Ершов), расположенным в разных почвенно-климатических зонах Саратовской области.
В основу методики исследований были положены вероятностные и статистические методы, позволяющие оценить динамику и статистическую значимость полученных изменений. Для повышения надежности полученных выводов использовалось несколько независимых методов: скользящих средних, интегрально-разностных кривых и построения различных линий трендов.
Оценка изменений в ходе среднегодовой температуры воздуха с помощью метода интегрально-разностных кривых показала, что в последние годы тенденция температуры изменила свой знак и после интенсивного понижения температуры, закончившегося в первой половине 60-х годов, наблюдается быстрый рост температуры воздуха (рис. 2.4.1.).
Интегрально-разностные кривые с модульными коэффициентами хорошо отражают периоды повышенных и пониженных значений температуры, но из-за внутрирядной связности членов они могут существенно исказить характеристики отдельных циклов.
Более наглядно циклы колебаний метеоэлементов демонстрируют скользящие средние, которые показывают, что в последний 25-летний период средние пятилетние температуры воздуха в 5 случаях из 6 превысили наблюдавшиеся ранее значения (рис.2.4.2.).
Согласованность колебаний интегрально-разностных кривых и скользящих средних подтверждает надежность выводов об устойчивом росте среднегодовой температуры воздуха.
Анализ исходного материала с помощью метода ступенчатого тренда позволил объективно выделить в ходе среднегодовой температуры воздуха квазистационарные периоды, рассчитать для них статистические характеристики и оценить статистичекую значимость полученных изменений.
Для выявления эффекта нестационарности использовался 95% уровень значимости. Полученные результаты показывают, что, начиная с 1948 г. среднегодовые температуры воздуха в последовательные квазистационарные периоды в целом прогресивно повышаются, относительно теплые периоды становятся более длительными. Самые низкие среднегодовые температуры воздуха наблюдались в период с 1926 по 1945 гг., а наиболее высокие в период с 1975 по 2000 гг., при этом в 1995г. среднегодовая температура воздуха превысила все наблюдавшиеся ранее значения (рис.2.4.3.).
Оценка скорости роста среднегодовой температуры воздуха в Саратове, за период с 1981 по 2000гг, дает по тренду величину равную 0.36/10 лет. При этом средняя температура зимнего сезона увеличивается на величину, равную 0.6/10 лет и с 1970 г. она повысилась на 1.8, т.е. зимой темпы роста температуры воздуха почти в 2 раза выше, чем в среднем за год.
В результате оценки внутривекового хода аномалий средней температуры воздуха за теплый и холодный периоды установлено, что наиболее интенсивное нарастание температуры воздуха происходит в холодный период года (рис.2.4.4).
Проведенные исследования свидетельствуют также, что в последние десятилетия в регионе значительно увеличилась повторяемость крупных положительных аномалий температуры воздуха, особенно зимой. За последний 50-летний период с 1951 по 2000 гг. в регионе наблюдалось 13 экстремально теплых и лишь 4 экстремально холодных зимних сезона. В течение этих зим аномалия средней температуры декабря - февраля превысила 3,5. Причем последняя экстремально холодная зима отмечалась в 1969 г., а 8 экстремально теплых зим - в период с 1981 по 2000гг. (табл.2.4.1).
Влияние рельефа на основные показатели плодородия почвы
Особенности микроклимата полярных склонов и, обусловленные ими различия в интенсивности и характере проявления эрозионных процессов, оказывают большое влияние на процессы почвообразования, состав и свойства формируемого на склонах почвенного покрова.
Проведенные исследования позволили провести сравнительную оценку показателей плодородия, агрофизических и агрохимических свойств почв на склонах относительно почв на шгакорных участках.
Важнейшим показателем почвенного плодородия является содержание в почве органического вещества - гумуса, который определяет условия минерального питания растений. Мощность гумусового горизонта является наиболее характерным показателем эродированности почв. В условиях обыкновенного чернозема мощность гумусового горизонта А+В на плакорном участке составила 52 см, слабосмытой почве 42, среднесмытой - 32 см. На южном черноземе мощность гумусового горизонта несмытой, слабосмытой и средне-смытой почвы была равна 46, 35 и 25 см. Уменьшение мощности гумусового горизонта от несмытой к слабосмытой почве на обыкновенных черноземах составило 11%, на южных - 14%. В среднесмытых почвах мощность гумусового горизонта снижалась на 18-20% (табл. З.З.1.).
Большое влияние на мощность гумусового горизонта оказывает экспозиция склона. В средней части северного склона на обыкновенных черноземах наблюдается снижение мощности гумусового горизонта на 10-12 см, на южных черноземах на 14-16 см. На склонах южной экспозиции падение мощности гумусового горизонта составило 15-20 и 22-25 см соответственно, то есть происходило интенсивнее почти в 2 раза.
Одним из показателей качественного состояния почвенного покрова является глубина залегания карбонатного горизонта. Смытые почвы отличаются повышенной карбонатностью. Глубина залегания горизонта вскипания слабо-смытого обыкновенного чернозема уменьшается по сравнению с несмытым на 15 см, а среднесмытым - на 32 см; на южных черноземах - на 10 и 17 см соответственно.
Запасы гумуса в пахотном слое почвы на водоразделе в условиях обыкновенного чернозема составили 6,4%, на южном черноземе - 3,8%. В слабоэро-дированных обыкновенных черноземах запас гумуса снижался на 6%, в сред-неэродированных на 17%, а в сильноэродированных почвенных разностях на 42%. На южных черноземах снижение запасов гумуса от неэродированных почв к слабо-, средне- и сильноэродированным составило соответственно 8, 35 и53%(табл.3.3.2.).
Особое место по запасам и распределению гумуса занимают почвы пониженных элементов рельефа, где в результате смыва почвенных частиц с вышележащих частей склона формируются намытые почвы с высокой степенью гу мусности, благодаря которой здесь можно получать высокие урожаи сельскохозяйственных культур и без внесения значительного количества органических удобрений.
Водная эрозия оказывает влияние не только на запас, но и на качественный состав гумуса. С увеличением степени смытости почв снижается содержание гуминовых кислот и увеличивается содержание фульвокислот, сужается соотношение Сгк : Сфк, что свидетельствует об ухудшении качества гумуса. На южном склоне по сравнению водоразделом это соотношение в пахотном слое почвы понизилось на обыкновенных черноземах с 2.7 до 1.9, на северном до 2.0, а на южном черноземе соответственно с 2.4 до 1.6 и 1.7 (табл.3.3.3).
На водораздельном участке верхние горизонты почвы значительно богаче фракцией физической глины (частиц 0.01 мм), их содержание составило 63,8%, на южном склоне - 57.2%, на северном - 60.0% (табл.3.3.4.).
Таким образом, склоновые земли отличаются более легким механическим составом. При этом на южных склонах почвенный покров беднее глинистыми фракциями и богаче песчаными по сравнению со склонами северных экспозиций. Гранулометрический показатель структурности на южном склоне снижался по сравнению с водоразделом и северным склоном на 18-20%.
Определение объемной и удельной массы почв показало, что на южном склоне плотность почвы увеличивалась на 18%, а на северном склоне - на 8%.
Эродированным почвам свойственна потеря структуры, что особенно четко проявляется на южном склоне, где эрозия выражена сильнее. Если на водораздельном участке южного чернозема пористость пахотного слоя составила 59,5%, то на южном склоне она равнялась - 52,7 %, а на северном - 56,3%.
Количество водопрочных агрегатов 0,25 мм в пахотном слое несмытого чернозема составило 50,5%, в среднесмытых почвах на склоне южной экспозиции оно уменьшилось до 39.0%, а на северном склоне до 43,1% (табл.3.3.5.).
Расчет показателей тепло- и влагообеспеченности склоновых агроландшафтов
Теплообеспеченность выровненных участков территории обычно оценивается на основании многолетних термических показателей, определяемых по средним суточным температурам воздуха, измеренным в психрометрической будке на высоте 2 м.
В п.3.2. было показано, что в условиях пересеченной местности термический режим различных местоположений в значительной степени определяется крутизной и экспозицией склона. Кроме того, значения метеопоказателей, измеренных на высоте 2 м не всегда достаточно четко отражают термические условия среди растений, так как различия в нагреве склонов разной экспозиции четко проявляются только в самых нижних слоях воздуха. Поэтому для детального учета теплоэнергетических ресурсов различных агроландшафтов в показатели теплообеспеченности, рассчитанные для равнинных территорий, необходимо вносить соответствующие коррективы, учитывающие микроклиматическую изменчивость, характерную для той или иной почвенно-климатической зоны.
На основании результатов проведенных микроклиматических исследований, включая данные наблюдений за суточным ходом температуры воздуха на северном и южном склонах по термографам, были рассчитаны соответствующие поправки к показателям теплообеспеченности различных местоположений в условиях обыкновенного и южного чернозема, а также осуществлена привязка результатов полевых наблюдений к многолетним данным (табл.4.2.1.).
Проведенные расчеты показали, что наибольший рост теплообеспеченности наблюдается в верхней части южных склонов, где сумма температур за пе риод активной вегетации в среднем на 160 превышало аналогичные значения теплообеспеченности на выровненных участках.
В нижней части южного склона это превышение составило 80 . Верхние части северных склонов, по сравнению с ровным местом, недополучают за вегетационный сезон 50, а нижние 140 к суммам среднесуточных температур воздуха. В среднем теплообеспеченность склонов южной экспозиции была на 120 выше, чем на водораздельном участке и на 210 выше, чем на склонах северной экспозиции.
Используя известные соотношения между изменением температуры и дефицитом влажности воздуха, были рассчитаны поправки к суммам дефицитов влажности воздуха за тот же период, необходимые для расчетов потребности растений во влаге и определения влагообеспеченности вегетационного периода.
Влагообеспеченность сельскохозяйственных полей в условиях пересеченного рельефа при сходной агротехнике будет также сильно зависеть не только от климатических условий, характера почвенных разностей и особенностей растительного покрова, но и от местоположения различных участков. Причиной неравномерного увлажнения является неодинаковый расход влаги на испарение со склонов разной крутизны и экспозиции и перераспределение осадков по элементам рельефа. В условиях черноземной степи Поволжья перераспределение летних осадков довольно незначительно и разница в общих ресурсах влаги на полярных склонах, как показано в п.3.2., обусловлена в основном перераспределением осадков холодного периода, что отражается на величине весенних запасов влаги в почве.
Д.И. Шашко при расчете сельскохозяйственного бонитета климата предложил оценивать влагообеспеченность территории по коэффициенту годового увлажнения КУ, определяемому как отношение годовой суммы осадков к годовой сумме среднесуточных дефицитов влажности воздуха КУ = P/Ed. На наш взгляд зимние и летние осадки совершенно неравнозначны с точки зрения вла-гообеспеченности сельскохозяйственных растений. Кроме того, КУ, охватывая осадки всего года, отличается большей стабильностью и хуже, чем показатели, рассчитываемые для вегетационного периода (например ГТК, показатели вла-гообеспеченности Кабанова, Процерова и др.) отражает варьирование влаго-обеспеченности в отдельные годы. Очевидно по этой же причине показатель биоклиматического потенциала, рассчитанный на основе годового коэффициента увлажнения для отдельных лет, имеет достаточно слабую связь с величиной урожайности. Все сказанное приводит к выводу о необходимости совершенствования методов оценки влагообеспеченности территории с правильным учетом всех имеющихся ресурсов влаги, учавствующих в формировании урожая.
В данной работе влагообеспеченность территории рассчитывалась по формуле П.Г. Кабанова где KB - коэффициент влагообеспеченности; W - весенние запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы, мм; Р - сумма осадков за вегетационный период, мм; d - сумма среднесуточных дефицитов влажности воздуха за этот же период.
Влияние влагообеспеченности на продуктивность растений связано в основном со степенью доступности почвенной влаги и питательных веществ. Характер связи продуктивности зерновых с влагообеспеченностью показан на рис. 4.2.1., построенном по экспериментальным данным, полученным на южных черноземах Экспериментального хозяйства в 1991-1998 гг.
Приведенный график иллюстрирует, что продуктивность зерновых увеличивается лишь до определенного предела влагообеспеченности, после которого наблюдается снижение урожайности. Максимальные значения урожайности отмечаются, при коэффициенте влагообеспеченности равном 0.8-1.0, при дальнейшем росте увлажненности вегетационного периода продуктивность зерно вых снижается. Этот факт можно объяснить тем, что в условиях избыточного увлажнения имеет место широкое распространение различных болезней, полегание посевов, возрастают потери при уборке урожая и т.д.
Высокие коэффициенты корреляции урожайности с показателем влаго-обеспеченности (г = 0,6-0,7), а также возможность учесть через данный показатель разницу в увлажнении почвы на склонах различной экспозиции, дают основание использовать данный показатель для оценки ресурсов влаги в различных агроландшафтах.
При расчетах показателя влагообеспеченности различных агроландшаф-тов были использованы проведенные выше исследования по оценке влагозапа-сов почвы и величины испаряемости различных местоположений, а также полученные в результате проведенных исследований коэффициенты увлажненности почвы. В среднем, за период наблюдений, коэффициент увлажненности в нижней части южного склона изменялся от 0.85 в верхней до 0.95, на северном склоне соответственно от 1.0 до 1.15.
Используя средние многолетние значения запасов продуктивной влаги в метровом слое почвы ближайшей метеостанции, с помощью полученных коэффициентов можно рассчитать многолетние запасы влаги для различных местоположений.
Согласно проведенным расчетам, общие ресурсы влаги на водораздельном участке в среднем за 1991-2000 гг. были на 10 мм больше, чем на южном и на 12 мм меньше, чем на северном склонах. Величина испаряемости на южном склоне на 45 мм превышала испаряемость ровного участка и была на 75 мм больше, чем на склоне северной экспозиции. Коэффициенты влагообеспеченности на водоразделе, южном и северном склонах составили соответственно 0.60, 0.54 и 0.65. Для расчета влагообеспеченности различных местоположений на полярных склонах были определены переходные коэффициенты в виде соотношений показателей влагообеспеченности на склонах и ровном месте.
