Введение к работе
Актуальность исследований. Почвенные свойства обладают
значительной пространственной неоднородностью даже на небольших
площадях. С точки зрения сельскохозяйственного производства такая
изменчивость является отрицательным фактором, так как создаются разные
условия для роста сельскохозяйственных культур, что требует
дифференцированного подхода к технологиям их возделывания (Шеин, 2001; Гончаров, 2010; Савоськина, 2012).
В настоящее время наиболее острой является проблема агрофизической деградации почвенного покрова при его высокой окультуренности. Именно длительные стационарные опыты, благодаря временному фактору, позволяют оценить направленные тенденции в изменении почвенных свойств и режимов.
В связи с экстремальным изменением климатических условий, повышенной антропогенной нагрузкой на почву, изучение анизотропии агрофизических показателей почвы является актуальной проблемой современного земледелия.
Степень разработанности темы. В настоящее время в адаптивно-ландшафтных системах земледелия применяются агрохимические и агротехнические приемы для улучшения состояния почвенного покрова, где одно из важных мест отводится оптимизации агрофизических показателей плодородия.
Комплексная оценка агрофизических свойств почвы после 60-летнего
(Доспехов, 1972; Егоров, 1972) и 85-летнего (Алферов, 2002)
функционирования стационара Длительного опыта РГАУ-МСХА имени К.А.
Тимирязева показала, что при отсутствии растительного покрова, независимо
от форм и доз применяемых удобрений, отмечается деградация физических
свойств. Многолетнее и систематическое применение минеральных
удобрений оказывает стабилизирующее влияние на агрофизические
показатели плодородия, а их сочетание с ежегодным внесением 20 т/га навоза
обеспечивает оптимизацию их параметров, как при бессменном
возделывании культур, так и в севообороте.
Учитывая пестроту почвенного покрова и особенности рельефа Длительного опыта, интерес представляет изучение вариации показателей агрофизического состояния дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы и установление их взаимосвязей с уровнем плодородия и урожайностью возделываемых культур.
Цель и задачи исследования. Цель исследований - изучить временную и пространственную вариацию агрофизических показателей плодородия дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы при разных уровнях антропогенной нагрузки и установить их взаимосвязь с урожайностью озимой ржи в Центральном районе Нечерноземной зоны.
Задачи исследований:
-
Оценить степень деградации агрофизических показателей плодородия почвы в чистом пару при длительном (более 100 лет) воздействии факторов интенсификации земледелия.
-
Определить влияние удобрений, известкования и способа размещения культур на изменение сопротивления пенетрации и влажности почвы.
-
Оценить вариабельность водопроницаемости корнеобитаемого слоя при разном способе использования пашни.
-
Установить роль факторов окультуривания (способ размещения культур, удобрения и известкование) в изменении структурного состояния почвенного покрова и оценить их участие в разрушении и формировании водопрочных агрегатов.
-
Изучить динамику температурного режима почвы холодного периода в зависимости от степени окультуренности дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы и установить взаимосвязь с сохранностью растений озимой ржи.
-
Установить характер и тесноту взаимосвязей между анизотропией различных агрофизических свойств почвы и урожайностью озимой ржи и дать экономическую оценку эффективности ее возделывания.
Научная новизна. Впервые в современных условиях изменения
климата Центрального района Нечерноземной зоны после 100-летнего
применения средств интенсификации установлены закономерности
временной и пространственной вариации показателей агрофизического состояния дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы и их взаимосвязи с уровнем антропогенного воздействия и продуктивностью полевых культур на разных элементах агроландшафта Длительного опыта.
Установлено, что длительное (более 100 лет) парование почвы ведет к снижению содержания органического углерода с 2,04% (1912 г.) до 0,65% (2015 г.), что сопровождается увеличением на 15-17% объема твердой фазы, сокращением некапиллярной пористости до критических значений (менее 15%), уменьшением водопроницаемости до 0,64 мм/мин и полным разрушением водопрочной структуры.
Теоретическая и практическая значимость работы. Установленные
закономерности изменения агрофизического состояния дерново-подзолистой
легкосуглинистой почвы при разных по интенсивности способах
использования пашни позволяют оценить степень ее деградации и
разработать комплекс обоснованных управленческих решений по
восстановлению и поддержанию оптимальных параметров, обеспечивающих эффективное использование земельного фонда и формирование экологически устойчивых высокопродуктивных агробиоценозов.
Полученные данные являются составной частью мониторинга в Длительном опыте и могут быть использованы для совершенствования комплекса агротехнических мероприятий по рациональному использованию
и охране дерново-подзолистой почвы в Центральном районе Нечерноземной зоны РФ.
Производству рекомендованы приемы по стабилизации
агрофизических показателей дерново-подзолистой почвы в пределах значений, не оказывающих отрицательного влияния на продуктивность различных агроэкосистем. Так, в зернопаропропашных севооборотах при уровне урожайности озимой ржи 4,0-4,5 т/га, ячменя 3,2-3,7 т/га, картофеля – 20,0-25,0 т/га, сена клевера – 4,5-5,5 т/га в сочетании с повторным известкованием (через 10-12 лет), наряду с внесением навоза, необходимо заделывать солому зерновых, а также возделывать сидеральные культуры, что обеспечит дополнительное поступление более 10 т/га органического вещества.
Методология и методы исследований. Методология исследований заключается в проведении полевых опытов и лабораторных исследований по традиционным методам, применяемым в земледелии. Для математической обработки экспериментальных данных использовали методики Б.А. Доспехова (1985) и Г.Н. Зайцева (1990). Геостатистическая обработка данных проводилась с использованием программы Surfer 12.
Основные положения, выносимые на защиту:
- временная и пространственная вариация агрофизических свойств
дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы при длительном воздействии
разных по интенсивности природных и антропогенных факторов;
- взаимосвязь темпов деградации агрофизических свойств пахотного
слоя почвы в чистом пару с изменением содержания органического углерода
при длительном воздействии различных приемов окультуривания;
- роль мощности и характера формирования снежного покрова в
изменении температурного режима пахотного слоя почвы и условий
перезимовки растений озимой ржи;
- сравнительная оценка влияния способа использования пашни,
удобрений и известкования в оптимизации агрофизических показателей
плодородия почвы и формировании высокопродуктивных и экологически
устойчивых агробиоценозов озимой ржи.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность полученных результатов подтверждена использованием проверенных методик, а также статистической обработкой экспериментальных данных.
Материалы диссертации были доложены на Международной научной конференции молодых учных и специалистов РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева (Москва, 2013); Международной научной конференции РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева (Москва, 2013, 2014); Международной научно-практической конференции молодых ученых и студентов СПбГАУ (Санкт-Петербург, 2014, 2015).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 3 - в рецензируемых журналах и изданиях, входящих в перечень ВАК РФ.
Декларация личного участия в выполнении работы. Лично автором
диссертационной работы осуществлялись: постановка задач, разработка
программы исследований, проведение полевых опытов и лабораторных
анализов, анализ источников литературы и экспериментальных данных с
математической обработкой полученных результатов исследований,
формулирование основных положений, выносимых на защиту и выводов, разработка рекомендаций для производства, подготовка публикаций по тематике диссертационной работы и автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 144 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 5 глав, основных выводов и предложений производству, содержит 11 таблиц, 35 рисунков. Библиографический список использованной литературы включает 178 наименований, в том числе 37 на иностранных языках.
Благодарность. Выражаю искреннюю благодарность научному
руководителю, доктору сельскохозяйственных наук, профессору
Савоськиной Ольге Алексеевне за активную помощь в работе, заведующему кафедрой земледелия и методики опытного дела РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева доктору биологических наук, профессору Мазирову Михаилу Арнольдовичу и доктору сельскохозяйственных наук, профессору Матюку Николаю Сергеевичу за ценные советы при подготовке диссертации.