Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Агроэкологическая оценка и воспроизводство плодородия черноземов Республики Башкортостан

ВАК РФ 03.02.13, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Агроэкологическая оценка и воспроизводство плодородия черноземов Республики Башкортостан"

10-7

ЗОЮ

На правах рукописи Сергеев Владислав Сергеевич

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА И ВОСПРОИЗВОДСТВО ПЛОДОРОДИЯ ЧЕРНОЗЕМОВ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН

Специальность 03.02.13 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Уфа-2010

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет»

Научный консультант: доктор биологических наук, профессор

ХАБИРОВ Ильгиз Кавиевич

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

БАГАУТДЙНОВ Фатах Ягудович

доктор биологических наук, профессор РУСАНОВ Александр Михайлович

доктор биологических наук ЧУРАГУЛОВА Зиля Султановна

Ведущая организация: Институт степи УрО РАН (г. Оренбург)

Защита состоится 22 декабря 2010 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д. 220.003.01 при ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет»

Адрес: 450001, г. Уфа, ул. 50-летая Октября, 34, ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет»

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет»

Автореферат разослан 19 ноября 2010 г. и размещен в сета Интернет на сайте ВАК www.vak.ed.gov.ru

Ученый секретарь диссертационного

совета, доктор сельскохозяйственных наук, r h

доцент / Г / P.P. Гайфуллин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В почвенном покрове Башкортостана черноземы имеют наибольшее распространение. 1Та территории республики встречаются все основные подтипы черноземов: лесостепные (оподзоленные и выщелоченные) и степные (типичные, обыкновенные и южные). Среди пахотных земель преобладающими являются черноземы выщелоченные, которые занимают 28% от общей площади пашни.

В последние соды вследствие интенсивного земледельческого использования черноземов республики произошло заметное снижение уровня их эффективного плодородия. Сельскохозяйственное использование этих почв за последние двадцать лет привело к потере четверти гумусовых запасов и до 5 т/га запасов азота в пахотном горизонте. Произошло также и ухудшение экологической обстановки в агроэкосистемах (Хабиров, 1993; Почвы Башкортостана, 1997; Кираев, 2003; Мука ганов и др., 2008).

По мнению ряда ученых (Кирюшин, 1996; Миркип и др., 2000; Добровольский и др. 2002; Хазиев, 2008), это вызвано, прежде всего, нарушением равновесия в системе «почва растение человек». Несоблюдение научно-обоснованного плодосмена, ежегодная интенсивная обработка почвы, недостаточное внесение удобрений, особенно органических, а также усиление эрозионных процессов привели к уменьшению содержания гумуса и элементов минерального питания, увеличению кислотности, ослаблению биологической активности черноземов и понижению продуктивности пашни.

Природно-территориальный комплекс республики с большим разнообразием климатических условий и рельефа требует дифференцированного подхода к воспроизводству почвенного плодородия. Поэтому разработка стратегии и тактики воспроизводства почвенного плодородия с учетом комплексной агро-экологической оценки почв является важнейшей задачей повышения устойчивости сельского хозяйства и обеспечения продовольственной безопасности.

Целью исследований является агроэкологическая оценка состояния и разработка путей воспроизводства плодородия черноземов для усовер ленетво-вания систем земледелия лесостепной зоны республики.

Для реализации указанной цели исследований были поставлены следующие задачи:

провести анализ агроресурсного потенциала агропромышленного комплекса Республики Башкортостан;

- оценить устойчивость черноземных почв по гумусиому и азотному состоянию;

- дать агроэкологичсскую оценку плодородия пашни лесостепных черноземов Башкортостана;

- разработать оптимальные направления совершенствования структуры

сельскохозяйственных угодий;

-выявить особенности влияния элементов системы земледелия на показами плодородия черноземов лесостепи;

да н, экономическую оценку эффективности элементов систем земледелия. Научная новизна. Предложен агробиологический подход к управлению .юдородием почв. Дана агроэкологическая оценка лесостепных черноземов республики. Обоснованы пути оптимизации сельскохозяйственных угодий и струюуры агроландшафтов. Установлена эффективность проведения в республике работ по зал ужению и выводу из оборота деградированной и низкопроцентной Установлены качественные и количественные параметры изменения лесостепных черноземов под действием систем обработки почвы и \доирений в различных севооборотах. Обоснована роль отдельных элементов системы земледелия в воспроизводстве плодородия лесостепных черноземов.

Практическая значимость. Предложенные экологически обоснованные параметры функционирования агроцепозов служат основой для разработки регионального землепользования в условиях лесостепной зоны республики. Материалы работы включены в следующие практические рекомендации: «Совершенство анис полевых севооборотов лссостспных и степных агроландшафтах Башкортостана. 2007» и «Системы обработки почвы в севооборотах степных и лесостепных агроландшафтов Башкортостана. 2009», а также использованы при разработке «Республиканской программы сохранения и повышения плодородия почв па 2001-2005 годы», программы «Сохранение и восстановление плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения и агроландшафтов как на-льпого достояния Республики Башкортостан на 2006-2010 годы», «Программы устойчивого функционирования и развития агропромышленного ком-ча Республики Башкортостан до 2010 года», «Республиканской программы рг звития сельского хозяйства регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012 годы».

Научные разработки внедрены в СГТК «Дружба» Аургазинского и в СПК Чскмагушевекого районов, а также использую гея в других хозяйствах республики для повышения плодородия почв.

Теоретические положения и практические результаты исследований ис-зуются при чтении лекций па агрономическом факультете Башкирского Г'АУ Положения, выносимые на защиту:

1. Эффективное управление плодородием почв возможно только в рамках экологически ориентированного подхода к землепользованию при оптимизации соотношения всех компонентов агроэкосистсмы.

2. Устойчивость почв по гумусном> и азотному состоянию связана с изменениями количественных и качественных характеристик 17муса и азота, показателей состава 1-умусовых веществ и азоторгапичсских соединений, характера их изменений под влиянием технологических решений в земледелии.

. Теоретическое и практическое обоснование воспроизводства и регули-

рования показателей плодородия черноземов является концептуальным подходом для решения проблем взаимосвязей в системе почва растение окружающая среда.

Апробация работы. Основные положения диссертации доклады на: на Международных, Всероссийских, межрегиональных и республиканских научно-практических конференциях (1996-2010), н том числе на Международных конференциях «Проблемы антропогенного почвообразования» (Москва. 1997). «Агрохимия и экология: история и современность» (Нижний Hoвгopo^ 2008). «Гумуспос состояние почв» (Санкт-Петербург, 2008). «Лгро-жологичеокая роль плодородия почв и современные агротехиологии» (Уфа, 2008), V еъе- де Всероссийского общества почвоведов им. ВВ. Докучаева (Роетов-па-Дон\ 2008), на Всероссийских научных конференциях «Почва. Жизнь. Благосостояние» (Пенза, 2000), «Проблемы и перспективы обеспечения продовольственной безопасности регионов России» (Уфа, 2003), «Понышсние эффективности и устойчивости развития агропромышленного комплекса» (Уфа. 2005), «Молодые ученые в реализации приоритс'1 пого национального проекта развития АПК» (Уфа, 2006), «Проблемы и перспективы развития инновационной деятельное! и в агропромышленном комплексе» (Уфа, 2007), «Интеграция аграрной пауки и производства: состояние, проблемы и пуж их решения» (Уфа. 2008), «Ро. почвы в сохранении устойчивости агроландшафтов» (Уфа. 2008). «Научное обеспечение устойчивого функционирования и развития АПК» (Уфа. 2009). «Проблемы экологии Южного Урала» (Оренбург, 2009), «Научное обеспечение инновационного развития АПК» (Уфа, 2010), па межрегиональных и республиканских научно-практических конференциях «Проблемы антропогенной эволюции почв Башкортостана» (Уфа. 1996). «Качество продукции растениеводства и приемы его повышения» (Уфа, 1997). «Проблемы агропромышленного комплекса на Южном Урале и Поволжье» (Уфа. 1997), «Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан» (Казань, 1997), «Проблемы агропромышленного комплекса на Южном Урале и Поволжье», (Уфа, 1998), «Создание высокопродуктивных агроэкосистем на основе новой парадигмы природопользования» (Уфа, 2001), «Достижения аграрной пауки производству» (Уф; 2004), «Почвы Южного Урала и Среднего Поволжья: экология и плодородие» (Уфа, 2006).

Публикация результатов исследований. Основные положения диссертации опубликованы в 38 печатных работах, в том числе 9 в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа написана на 309 страницах машинописного текста, состоит из 6 глав, выводов и предлож ний производству, включает 66 таблиц, 27 рисунков и 23 а блицы в приложении. Список литературы включает 430 источников, в том числе 43 иностранных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИ ОРИЕНТИРОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ СТРУКТУРОЙ АГРОЭКОСИСТЕМ КАК ФАКТОР ВОСПРОИЗВОДСТВА ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ

Воспроизводство плодородия почв предусматривает необходимость системного подхода к решению этой проблемы. Согласно агроэкологической концепции воспроизводства плодородия (Хазиев, 2008), во-первых, невозможно решать его изолированно для какой-то части агроландшафта, одного севооборота. Стабильное и устойчивое плодородие может быть достигнуто, если его воспроизводство осуществляется в масштабе всего агроландшафта. Во-вторых, система воспроизводства плодородия почв должна базироваться на соблюдении принципов агроэкологичсского императива в земледелии. В-третьих, агротех-иологии регулирования почвенного плодородия эффективно и стабильно могут проявлять свое положительное действие в полной мере лишь на оптимизированных по структуре и свойствам агроландшафтах и агроэкосистемах. При этом должны соблюдаться плотность поголовья скота на уровне, адекватном трофическим возможностям кормовых угодий с целью недопущения пастбищной дигрессии почв, а также оптимальная структура посевных площадей и севооборотов и оптимальные параметры почвенного плодородия. В-четвертых, эффективное регулирование почвенного плодородия достигается при комплексной агротехнологии, включающей систему органоминеральных удобрений и разно-лубинную обработку почв в зонально-адаптировапных севооборотах.

Таким образом, рассмотрение вопросов воспроизводства и управления плодородием почв невозможно в отрыве от управления всей агроэкосистемы ее структурой и функцией и управления агроценозами как компонентами агроэкосистемы.

2 АНАЛИЗ АГРОРЕСУРСНОГО ПОТЕНЦИАЛА АПК РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН

Главными показателями, ограничивающими функционирование агроэкосистемы, являются ресурсные: климат, рельеф и особенности почв. По этим агроэкологи ческим показателям Республику Башкортостан делят на шесть при-родно-сельскохозяйс] венных зон: северную лесостепную, северо-восточную лесостепную, южную лесостепную, предуральскую степную, зауральскую степную и горно-лесную.

Среднегодовое количество осадков по республике колеблется от 294 (Акъяр) до 640 мм (Улу-Теляк). Сумма активных температур (сумма I >10°С) колеблется от 1500 до 2300° и выше, гидротермический коэффициент - от 0,6 до 1,8, охватывает все градации от засушливости до переувлажнения. Необходимо отметить, что по территории колебания климата неодинаковы. Наибольшей засушливостью отличается юг Зауралья, переувлажненностью - северная часть Южного Урала (Валеев и др., 2006). Некоторые климатические ха-

рактеристики по природно-сельскохозяйственным зонам и агропочвсппым районам республики приводятся в таблице 1.

В природе существует закономерная связь типов почвы с климатическими условиями, которую отмстил В.В. Докучаев (1952) метким выражением: «Почва - зеркало климата». Этого же положения придерживаются авторы двухтомной монографии «Почвы Башкортостана» (1995, 1997): «...Каждая зона республики характеризуется свойственными только ей особенностями условий почвообразования и формированием характерных почв и структуры помненного покрова». В то же время они указывают, что разделение территории республики на природно-сельскохозяйствснныс зоны является несколько условным и поэтому в северную лесостепную зону вклиниваются южпо-таежные ландшафты с дерново-подзолистыми почвами, а в юго-западной части предуральской степи выделяются Белсбссвская возвышенность и отроги Общего Сырта с личными лесными почвами. Несмотря на такие несоответствия, распределение типов, родов, видов и разновидностей почв имеет определенные закономерности по зонам республики.

На севере Башкортостана формировались дерново-подзолистые почвы на элювиальных и делювиальных суглинках и глинах, на террасах рек Белой и Камы - на древних аллювиальных песках. В западной части зоны почвы слабо-оподзоленные, а на востоке средне- и сильнооподзоленныс свстло-серые, серые, темно-серые лесные почвы и небольшие площади других подтипов почв.

В северо-восточной лесостепной зоне почвенный покров в основном представлен светло-серыми, серыми, темно-серыми лесными почвами, черноземами оподзоленными и выщелоченными с небольшими массивами дерново-подзолистых, дерново-карбонатных почв.

В южной лесостепной зоне почвенный покров очень разнообразен, здесь имеются темно-серые, серые и свстло-серые лесные почвы, выщелоченные и оподзоленные черноземы, мелкими контурами встречаются типичные и типичные карбонатные черноземы.

В предуральской степной зоне преобладающими почвами являются черноземы (выщелоченные, типичные, типичные карбонатные). Другие почвы занимают небольшую площадь.

В зауральской степной зоне почвенный покров обусловлен неоднородностью и сложностью: в ее северной части распространены черноземы выщелоченные и серые лесные почвы, в южной части - обыкновенные и южные черноземы, часто в комплексе с солонцеватыми родами.

В горно-лесной зоне почвенный покров пестрый. На склонах и вершинах гряд преобладают маломощные грубоскелетныс почвы, на пологих склонах и широких вершинах - горные ссрые, темно-серые лесные, в нижней части пологих склонов и надпойменных террасах долин - выщелоченные и оподзоленные черноземы.

К настоящему времени накоплен обширный материал для характеристики свойств почв основных генетических типов, представляющих почвенный покров Башкортостана (Хабиров, 1993; Хазиев и др., 1997). Их краткая характеристика приведена в таблице 2.

Таблица 1 Среднсмноголетние климатические характеристики но нриродно-еельскохозяйсгвеппым зонам и агропочвснным районам Республики Башкортостан

Природно-ссльскохо-.¡яйствсп-пая зона Агропочвенные районы Количество осадков, мм Среднесуточная темп-ра воздуха. °С Сумма актив-х темп-р. °С ■ Прод-гь безмороз- _________ г-гчу

за год за период выше 10°С риода,сутки

Северная лесостепь Буйско-Таныпское мелкоувалистос ^^ междуречье 245 1,7 1900 100 1 1.2

Уфимское плато и северное приуфимье 608 238 1,2 1950 100 1,3

Увалистое междуречье Бслая-Уфа 515 191 2,6 2150 120 1,1

Присимский увалисто-прсдгорный 628 ! 234 2,2 | 2050 115 1,1

Северовосточная лесостепь Айский равнинный 642 ; 248 0,8 ; 1750 100 1,3

Юрюзано-Заайский увалисто-предгорный 488 252 0,5 1780 90 1,6

Южная лесостепь Приикский увалистый 426 ! 183 2,5 2100 110 1.1

Левобережный прибельский 447 | 181 2,3 2200 120 1.1

Правобережный предгорный 517 ! 225 2,3 2150 115 0,9

Пред- уральская степь Чсрмасано-ашкадарский равнинный 413 183 2,6 2250 125 1,0

Белебеевская возвышенность и Общий Сырт 455 ' 183 2,3 2100 125 1,1

Предуральский низкогорпый 460 1 194 2,3 2200 ' 120 1Д

Зауральская степь Зауральский низкогорный 379 | 150 1,4 1950 115 1,0

Зауральский равнинный 308 ; 144 1,8 2250 115 0,8

Таблица 2 Агрохимические свойства основных типов почв равнинных территорий Башкортостана (Ад)

Фосфор; вало- ! рНко; вой. °/

Нг

Са"

мг-экв. на 100 г почвы

Степень Содержа-

¡насыщенности ние фрак-

основаниями. ций

1 % <0,01.

Дерново-подзолистая. Краенокамский район 0,14 | 4,2 | 9,2 I 21,0 1 69

2,5

0.16

Светло-серая лесная. Янаульский район ГОЛ 5 I 4,5 | 8/7 I "" 28.2 15

54,4

39.9

82

__Серая лесная. Бирский район

3,5 | 0,25 | 0,16 \4Я'\ 6А 30.0 П "___

___ Темно-серая лесная. Кигинский район_____

"5,8 1 0~45 | 0,20 1 5,3 Т 5,8 1 34,3 86~~

48.1

8.6

0.52

Чернозем оподзоленный. Балтачсвский район I 0,25 ' .......

5,5 [ 7,6

48,9

87

45,3

54,3

_Чернозем выщелоченный. Аургазинекий район

0,62 | 0,28 1 5,5 ! 7^5 | 46.9 У ~_86_

7,9

0.43

Чернозем типичный. Давлскановский район 1 0,36 | 6,8 1 0,7 1 49.3 I 98

54,4

59.4

Чернозем типичный карбонатный. Туймазинский район 7,3 1 0,41 | 0Д2 "]"б,9 1 - Г 43,7 ""' 100 |

___Чернозем обыкновенный. Абзслиловский район _

6Л~ I 0,45 1 0,19 ~1 7,1 I "Т 40,0 " "[ 100

43.8

69,8

5,2

0,25

Чернозем южный. Хайбуллинский район 0,16 I 7,1 I I 35,4" ~ ] 100

69.3

В земельном фонде республики сельскохозяйственные угодья занимают на 1.01.2007 г 7342,9 тыс. га или 51,4% территории. В структуре сельскохозяйственных угодий на долю пашни приходится 50,1% или 3678,8 тыс. га. Природные кормовые угодья (сенокосы и пастбища) занимают 3620,8 тыс. га или 49,3%, многолетние плодовые насаждения -43,3 тыс. га (0,6%).

Их почвенный покров характеризуется также чрезвычайной пестротой Он представлен сложными сочетаниями и мозаиками различных типов, подтипов, видов и разновидностей почв.

По исследованиям почвоведов НИИ «Волгогипрозем», в Башкортостане насчитывается около 3000 разновидностей почв. У каждой из них свои свойства, степень плодородия, специфические особенности в обеспеченности их питательными элементами.

В результате проведенного анализа агроресурсного потенциала Республики Башкортостан установлено следующее:

- почвы пашни республики представлены в основном черноземами, которые имеют высокий потенциал плодородия, однако высокая антропогенная нагрузка на почвы и недостаточное поступление органических веществ не обсс-

псчивают сбалансированных процессов минерализации и восстановления гумуса. По этой причине потенциал черноземов недоиспользуется;

- агроэкологическос состояние почв не соответствует требованиям сестай-пннга, происходит разрушение и истощение агроресурсного потенциала территории. Получение урожаев сельскохозяйственных культур и продукции животноводства на основе сбережения ресурсов увязано с экологией и экономикой;

низкие дозы удобрений обусловили дефицит элементов минерального питания растений, особенно подвижных соединений азота и фосфора - основ-пи гательных веществ, лимитирующих плодородие почв в республике;

- поголовье скота не соответствует экологическим нормативам, установление оптимальной структуры его количества и природного потенциала каждого хозяйства, поголовье личного скота не квотируется в соответствии с емкостью пастбищ;

высокие антропогенные нагрузки на агроэкосистсмы привели к нарушению экологических нормативов основных их элементов, что делает сельское хозяйство неэффективным, энергозатратным и неконкурентоспособным в условиях рыночной экономики:

для адаптации систем земледелия проводится инвентаризация земельных ресурсов, обоснованно выводятся из пашни деградированные и низкопродуктивные земли. Этот процесс сопровождается созданием сенокосов и пастбищ. залежей и агрономических перелогов путем залужения;

структура посевных площадей приводится в соответствие с природным потенциалом сельскохозяйственных зон, рыночные отношения определили более жесткую специализацию и адаптивный подбор культур и сортов по ее территории;

- устойчивое развитие сельского хозяйства и решение проблемы продовольственной безопасности связаны с плодородием почв. Оценке его показателей и путей регулирования почвенных режимов в двух системах земледелия посвящена паша работа.

3 УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Экспериментальные исследования проводились в учхозе Башкирского го-дарственного аграрного университета (БГАУ) и в сельскохозяйственном производственном кооперативе (СПК) «Дружба» Аургазинского района (южная лесостепная зона).

Объектами исследований также явились пахотные и целинные земли Бал-гачевского (северная лесостепная зона), Чекмагушевского (южная лесостепная зона) и Абзелиловского районов (зауральская степная зона) республики.

При закладке полевых опытов использованы методы, приводимые Б.А. Доспеховым (1985).

Полевой опыт № 1 «Разработка научных основ биологической системы земледелия»; заложен в 1992 году на опытном поле Башкирского ГАУ В опыте изучались два севооборота: плодосменный (клевер красный - озимая рожь кукуруза - яровая пшеница) и сидеральный (пар сидеральный - озимая рожь -

кукуруза - яровая пшеница + донник). Севообороты развернуты во времени и в пространстве, площадь поля - 0,35 га. С начала закладки опыта на полодине полей севооборотов удобрения не вносили, а другую половину удобряли следующим образом: в плодосменном севообороте вносили N60P80K70 -i- 10 т навоза на 1 га севооборотной площади, рассчитанное на получение планируемого урожая яровой пшеницы, в сидеральном - донник на зеленое удобрение и ежегодно 10 т навоза + сидерат.

В плодосменном севообороте под все культуры применяли вспашку, а в сидеральном - комбинированную (вспашку под кукурузу, поверхностную - под яровую пшеницу).

Почва опытного участка - чернозем выщелоченный тяжелосуглинистого гранулометрического состава с мощностью гумусового горизонта 50-55 см. Агрохимические показатели пахотного слоя: содержание гумуса - 10,37, валового азота - 0,54; фосфора - 0,21, калия - 2%; сумма поглощенных оснований -38,8 мг-экв. на 100 г почвы; рНка - 5,2.

Полевой опыт № 2 «Экологически сбалансированные агроландшафты, ресурсосберегающие системы земледелия и агротехнологии, адаптированные сорта и гибриды, техногенные и биологические средства в растениеводстве»; заложен в 2001 году на опытном поле Башкирского ГАУ Исследования проводились в полевом сидеральном севообороте (пар сидеральный - озимая пшеница - горох - яровая пшеница - ячмень + донник). Опыты закладывались в трехкратной повторности. Общая площадь делянок составляла 2040 м2, учетной -50 м2, размещение вариантов осуществлялось методом расщепленных деллнок в три яруса. Схема опыта включала следующие варианты: ежегодная отвальная обработка (ПН-4-35 на глубину 20-22 см); поверхностная обработка (БДТ-6 на глубину 10-12 см); плоскорезная обработка (ПГ-2С на глубину 20-22 см); минимальная обработка (БИГ-3 на глубину 3-4 см).

Почва опытного участка - чернозем выщелоченный тяжелосуглинистого гранулометрического состава. Содержание гумуса 8,4%, реакция почвенной среды слабокислая. Обеспеченность подвижными соединениями фосфора средняя, обменного калия - повышенная.

В условиях СПК «Дружба» Аургазинского района РБ проводились полевые опыты по изучению влияния различного уровня азотного питания на азотный режим почв, урожай гречихи и ячменя на черноземах выщелоченных различного уровня плодородия. Опытные культуры - гречиха и ячмень. Площадь делянок - 50 м2, повторность опытов - трехкратная, размещение делянок - рен-домизированное. Схема опытов включала варианты: 1) контроль (без удобрений); 2) Nm30; 3) NMeo; 4) Nm90; 5) Nm120; 6) Nm150; 7) Na30; 8) Na^; 9) Na90; 10) Na^o', 11) Ñauo- Азотные удобрения (Nm - мочевина, Na - сульфат аммония) вносили перед посевом культур по фону - Рб0-

Исследования проводились на черноземах выщелоченных среднесугли-нистых с содержанием гумуса - 6,3-7,8%, общего азота - 0,35-0,40%, валового фосфора - 0,20-0,25%, сумма поглощенных оснований - 40,2-44,5 мг-экв. на 100 г почвы, рНка - 5,1-5,4, подвижного P2Oj - 58-162 мг/кг почвы, обменного К20 - 122-204 мг/кг почвы.

В качестве информационной базы были использованы данные Госкомстата РБ, Управления землепользования МСХ РБ, фондовые материалы Института ВолгоНИИгипрозем, ФГУ ЦАС «Башкирский», ФГУ САС «Ишимбайская», ГУП «Башземоцснка».

Экспериментальная работа выполнялась маршрутно-полевым, стационарно-полевым и лабораторно-аналитическими методами.

Лабораторно-аналитические исследования проводились в соответствии с общепринятыми в агрономии методами (Аринушкина, 1970; Агрохимические 1975; Теории и методы физики почв, 2007).

Содержание гумуса определяли по ГОСТ 26213-91, содержание общего азота по Къельдалю, фракционный состав азота изучался методом двухступенчатого кислотного гидролиза по Э.И. Шконде и И.Е. Королевой в модификации Е.А. Андреевой (1973), потенциально минерализуемый азот по Стэнфор-ду (Stanford et al. 1972, 1974) в модификации И.К. Хабирова и др. (1988), кинетические параметры - по И.К. Хабирову и Ю.Г Куватову (1990), фракционно-групповой состав гумуса по Кононовой-Бельчиковой, водорастворимый и подвижный гумус по Тюрину, ферментативная активность (дегидрогеназа, уреаза) по Галстяну, целлюлозоразлагающая способность - по Мишустину, Востровой и Петровой, нитрификационная способность - по Кравкову, интенсивность выделения С02 из почвы - по Оганову, аммиачного и нитратного азота по А.Н. Бочкареву и В.Н. Кудеярову (1982), щелочногидролизуемый азот -по методу Корнфильда с использованием чашек Конвея, подвижного фосфора и обменного калия - по методу Чирикова ГОСТ 26204-91, сумму поглощенных оснований - с трилоном Б, обменную кислотность определяли в 1,0 н KCI вытяжке потенциомстрически ГОСТ 26483-85, содержание подвижной серы по ГОСТ 26490-85, содержание тяжелых металлов на атомно-абсорбционном спектрофотометре, водопрочность макроструктуры - по Саввинову, плотность сложения почвы - методом режущего цилиндра по Каминскому, качество зерна - по общепринятым методам, учет количества корневых остатков - по Каминскому в модификации Станкова. Учет урожая сельскохозяйственных культур -сплошным поделяночным.

Для статистической оценки данных использовали методы дисперсионного и регрессионного анализа (Statistica 5.0 for Windows).

4 АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ЧЕРНОЗЕМОВ ПО ГУМУСНОМУ И АЗОТНОМУ СОСТОЯНИЮ

Устойчивость почв - это, в первую очередь, сохранение гумуса, азоторга-нических и фосфороорганических соединений, структуры, биоразнообразия и, в конечном счете, их типовой принадлежности.

Гумусное состояние почв. В целом гумусовые вещества почв Башкортостана в пределах относительно равнинной части (южная лесостепь, предурапь-ская и зауральская степь) - черноземов выщелоченных, типичных, типичных карбонатных и южных - характеризуются по сравнению с гумусом аналогичных почв ЦЧО большей устойчивостью к гидролизу.

Сравнение содержания гумуса в различных природно-сельскохозяйствен-ных зонах республики показало, что по сравнению с целинными участками пахотные почвы потеряли от 30 до 40% гумуса. Запасы гумуса на всю площадь республики составляют 4,6 •109 т в слое 0-100 см. На распаханную территорию приходится 1,7-109 т гумуса (таблица 3). В гумусе аккумулировано соответственно 106-1021 и 39-1021 кДж энергии.

Таблица 3 Баланс гумуса и количество аккумулированной в его составе энергии по природно-сельскохозяйственным зонам Башкортостана

Запасы гумуса, * 109т/га Энергия гумуса, х 1021 кДж Ежегодная минерализация гумуса Восстановлено гумуса из растительных остатков Баланс гумуса Потребность в органических удобрениях

на всю площадь на площадь пашни на всю площадь на площадь пашни

в слое 0-100 см т/га

Северная лесостепь

0,59 0,20 | 14 I 4,5 | 0,97 | 0,32 1 -0,65 | 7

Северо-восточная лесостепь

0,29 0,01 | 6 1 2,3 | 0,94 | 0,32 ~Т~ -0,62 Т 6

Южная лесостепь

0,69 0,29 | 16 1 6,7 | 1,32 | 0,29 1 -1,03 ; 10

Предуральская степь

1,90 0,88 | 44 1 20 | 1,24 | 0,29 1 -0,95 1 10

Зауральская степь

0,84 0,21 1 19 1 4,8 | 1,26 | 0,29 1 -0,97 1 10

Горно-лесная зона

0,32 0,07 | 7 1 0,2 | 0,96 | 0,31 1 -0,65 | 7

По республике

4,6 1,7 | 106 1 39 | 1,17 | 0,29 1 -0,88 | 9

В пахотных почвах ежегодно по республике теряется до 0,9 т/га гумуса Основная часть потерь связана с эрозионными процессами. В результате эрозии ежегодно безвозвратно уносится с полей 0,57 т/га гумуса. Подсчеты показывают: если допустить, что минерализация гумуса и развитие эрозионных процессов носят линейный характер, то запасов гумуса хватило бы на 410 лет. При предотвращении эрозионных потерь гумуса хватило бы на 1164 года. Однако процессы минерализации и гумусообразования - в основном процессы нелинейные и подвержены постоянным динамическим флуктуациям даже в течение вегетационного периода. Со временем до определенного момента устойчивость системы возрастает, т.к. в первую очередь минерализуются подвижные неустойчивые компоненты гумуса. Устойчивость гумусовых веществ динамична не только во времени, но и в пространстве.

Для наглядного представления масштабов дегумификации пахотных земель относительно целинных приводится карта-схема темпов потерь гумуса в пахотном

слое почв Республики Башкортостан (рисунок 1), составленного А.Х. Мукатано-вым (Кираев и др., 2004). При составлении карты-схемы были использованы материалы почвенного мониторинга по содержанию гумуса в почвах Госсортучаст-ков и смежных полей сельскохозяйственных предприятий, проведенного с интервалами в 20-25 лет, исследования гумусного состояния почв республики сотрудниками лаборатории почвоведения Института биологии УНЦ РАН, а также результаты исследований кафедры земледелия и почвоведения БГАУ.

Рисунок 1 Карта-схема потерь гумуса в пахотных почвах Республики Башкортостан по сравнению с целинными (I - северная лесостепь, П - северо-восточная лесостепь, Ш - южная лесостепь, IV - предуральская степь, V - зауральская степь, VI - горно-лесная зона)

Таким образом, установившийся отрицательный баланс и тенденция де-гумификации являются существенной угрозой плодородию почв в республике. Устранение дисбаланса гумуса в почвах является главной задачей в решении проблемы сохранения и воспроизводства плодородия почв и достижения устойчивости агроландшафтов.

Азотное состояние почв. Сельскохозяйственное использование почв привело к изменению одного из важнейших циклов биосферы - естественного

биохимического цикла азота. В настоящее время баланс азота в пахотных почвах отрицательный, и возникающий в почве дефицит азота требует применения азотных удобрений (Хабиров, 1993; Середа и др., 1999).

Для объективной оценки устойчивости азотного состояния почв в зависимости от экологической ситуации необходимо иметь представление о5 общем уровне круговорота азота в агроэкосистемах и их составляющих, что приводится в таблице 4.

Таблица 4 Оценка азотного состояния черноземов Башкортостана

Признак Чв Ч1 дТК ■цю

Содержание гумуса, % 10,7 8,9 7,9 6,5 7,3 4,8

Содержание общего азота, % 0,56 0,46 0,44 0,41 0,37 0,25

Запасы N (т/га) в слое: 0-20 см 12,3 10,1 9,6 9,0 8,1 5,5

0-100 см 35,0 30,1 32,0 30,4 27,5 20.9

Обогащенность гумуса азотом, С:N 11 11 10 9 11 11

Степень гидролизуемости М0„г., % 53 58 56 59 57 65

Содержание потенциально минерализуемого 1\Г, мг/кг 121 270 258 277 255 134

Фактор интенсивности миграции Ы03, мг/(кгм) - 10 -7 -9 -7 -5 -5

Фактор экстенсивности или глубина промывания И03, м 2,0 2,2 2,4 2,8 3,2 3,0

Активность протеазы,л<г тирозина/г почвы 0,34 0,54 0,38 0,36 0,25 0,20 0,40

Активность уреазы, мг ЫН/г почвы 0,59 0,65 1,19 0,89 0,55

Активность нитрогеназы,л</сг ЛУ^кг ч) 650 750 1050 730 700 430

Потенциальная азотфиксирующая активность, кг Nг (га -год) 39 63 45 44 42 26

Константа скорости минерализации, нед"1 0,13 0,16 0,15 0,10 0,11 0,10

Азотминерализующая способность, мг/кг 84 159 103 104 107 60

Количество реально минерализуемого Ы, кг/га 137 269 264 167 196 156

Эмиссия Н-(Ж)+Ш2), мг/кг 9,0 6,0 1,0 1,0 0,7 0,4

Эмиссия С-С02, мг/кг 80 50 45 30 25 23

Относительная доступность азота, С3:ЫЭ 99 145 278 440 390 658

Содержание минерального Ы, мг/кг 27 34 32 26 18 17

Приведенный набор показателей предлагается как вероятный и для конкретных ситуаций он может быть дифференцирован. Эти показатели могут быть использованы как для оценки азотного состояния почв различных агроце-нозов, так и их изменения под влиянием окультуривания и других антропогенных факторов.

В 2003-2005 годах нами была проведена агроэкологическая оценка азотного состояния черноземов выщелоченных и предложены пути оптимизации

азотного питания гречихи и ячменя в условиях СГЖ «Дружба» Аургазинского района Республики Башкортостан.

Черноземы выщелоченные хозяйства характеризуются высоким уровнем потенциального плодородия. Тем не менее, как показывают результаты сравнительного изучения динамики изменения параметров плодородия, некоторые показатели в течение небольшого промежутка времени по сравнению с целинными почвами претерпели значительные изменения.

По результатам агрохимических анализов, проведенных в 1984 и 2001 годах в Ишимбайской зональной агрохимической лаборатории, содержание гумуса снизилось на 0,4-2,0%, кислотность повысилась на 0,1-0,5 ед. рН, содержание фосфора заметно возросло, что связано с повышением кислотности.

Мощность гумусового слоя (А] + АВ) целинной почвы составляет 65 см, распаханной 55 см. В результате сельскохозяйственного использования пахотная почва потеряла 10 см гумусового слоя. Гумусовый горизонт целинной почвы обладает мелкозернистой структурой, в пахотном аналоге она трансформируется в пылевато-комковато-глыбистую.

Количество структурных агрегатов размером более 10 мм в пахотной почве составляет 19,3%, в целинной - не превышает 4%. На агрономически ценные агрегаты размером 10-0,25 мм в верхнем горизонте целинных почв приходится 94%, пахотных - 63,6%. Количество агрегатов менее 0,25 мм в верхнем слое пахотной почвы в 8 раз больше, чем в таком же слое целинной почвы. Сельскохозяйственное использование почв привело также к снижению водопрочное™ структурных агрегатов. Если количество водопрочных агрегатов в целинной почве составило 75%, то в пахотной - 56,5%.

Изменение агрофизических параметров отразилось и в ухудшении физико-химических свойств изучаемых почв.

Азотное состояние черноземов выщелоченных нами было оценено по шкале, предложенной И.К. Хабировым и Ф.Х. Хазиевым (1992). В целинной почве в горизонте А] в слое 0-20 см содержится 0,48% общего азота. Из общих запасов азота (4819 мг/кг почвы) на минеральный азот приходится лишь 0,2% (11 мг/кг почвы). К низу почвенного профиля содержание общего азота постепенно снижается. Так, в горизонте А] в слое 30-40 см содержание азота уменьшается до 0,35% и в горизонте АВ - до 0,19%.

В пахотной почве в верхнем слое содержится 0,35% азота. Его содержание также постепенно снижается к нижележащим горизонтам. Содержание азота в пахотной почве на 27% меньше, чем в целинной, причем снижение происходит за счет всех фракций азота. Эта закономерность характерна и для подпахотных горизонтов.

Изученные почвы обладают высокой азотминерализующей способностью: количество минерализуемого азота составляет 12% от общего азота и определяется биоклиматическим потенциалом, физико-химическими свойствами почв, ферментативной активностью и дозами азотных удобрений. Почвы агро-цепозов, по сравнению с целинными, обладают меньшей азотминерализующей способностью. По нашим данным, азотминерализующая способность распаханных черноземов выщелоченных СПК «Дружба» Аургазинского района, судя по

константе скорости минерализации, довольно высокая: к = 0,160 нед-1 В аналогичных почвах в целине к = 0,077 нед-1 Это говорит о том, что в пахотных почвах органические соединения азота разлагаются со скоростью, в два раза большей, чем в целинных. Поэтому содержание потенциально-минерализуемых соединений азота в этих почвах отличается: если в целинной почве количество способного к быстрому и легкому разложению органического азота (N0 - потенциально-минерализуемый азот) составляет 336 мг/кг почвы, то в пахотном варианте - 170 мг/кг. Следовательно, в целинной почве имеет место аккумуляционный тип круговорота веществ, в распаханной - затратный, расточительный, т.е. минерализационный тип.

Для стабилизации и улучшения гумусного и азотного состояния в пахотных черноземных почвах необходимо внесение органических удобрений, использование сидератов из бобовых культур, внесение части соломы, увеличение посевов однолетних зернобобовых культур и многолетних бобовых трав. При внесении минеральных азотных удобрений следует учитывать текущую минерализацию азота самой почвы, внесенных органических удобрений и запасов минерального азота в почве. Это возможно в сочетании с ресурсосберегающими системами обработки почвы в севооборотах, адаптированных к конкретным системам земледелия. В наших условиях - это 4-5-польные коротко-ротационные сидеральные и плодосменные севообороты.

5 ОПТИМИЗАЦИЯ АГРОЭКОСИСТЕМ - КАК ОСНОВЫ

ЭФФЕКТИВНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ В СИСТЕМАХ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

В соответствии с требованиями экологического императива в землепользовании агроэкологическая концепция воспроизводства плодородия почв направлена на экологическую оптимизацию функционирования агроэкосистемы, что достигается на основе оптимизации ее структуры, В настоящее время создание экологически устойчивой структуры агроландшафтов является главной задачей в решении проблем повышения их устойчивости, уменьшения эрозии почв, воспроизводства их плодородия, оптимизации продуктивности сельскохозяйственных угодий и улучшения окружающей среды. Оптимизация сельскохозяйственного землепользования должна основываться на установлении такого соотношения между ее компонентами и пространственной структурой их размещения, при котором будет достигнуто приближение к устойчивой самопроизводящей и регулирующей агроэкосистеме - сестайнингу. Доля пашни в агроэкосистемах (экологический норматив) в среднем по республике не должна превышать 60% (Миркин и др., 1999).

Известно, что основными причинами деградации земель в Республике Башкортостан являются высокая антропогенная нагрузка на пашню, разбалап-сированность агроландшафтов, эрозионные процессы, недостаточное внесение удобрений и известковых мелиорантов. Значительные площади сельскохозяйственных угодий, начиная с периода освоения целинных земель в 1955-1960 гг в том числе низкопродуктивные сенокосы и пастбища, были необоснованно

с агроэкологической точки зрения вовлечены в пахотный оборот. Доля пашни в структуре сельскохозяйственных угодий за 45 лет (1950-1995 гг.) увеличилась на 30%. Только в 1954 году было освоено 392,4 тыс. га земли. Вся посевная площадь с 1950 по 1995 годы увеличилась на 900 тыс. га.

Анализ качественного состояния сельскохозяйственных угодий за период 1997-2007 гг. показывает, что из общей площади сельскохозяйственных угодий республики по состоянию на 01.01.1997 г. (7375^2 тыс. га или 100%) 65% являются эрозионно и дефляционно опасными, в том числе 49% эрозионно опасны и 16% дефляционно опасны, из них 46% эродировано и 1% дефлировано. Значительные площади каменистые - 14%, переувлажненные и заболоченные - 3,5%, осолонцо-ваны - 0,4%. Из них пашня занимает 4834,5 тыс. га или 65,6% от площади сельскохозяйственных угодий, из которой 75% являются эрозионно и дефляционно опасными, в том числе 58% эрозионно опасны и 17% дефляционно опасны, из них 53% эродировано и 0,8% дефлировано, 12% площади пашни каменистые, 1,2% переувлажненные и заболоченные, 0,2% осолонцованы (таблица 5).

В целях рационального использования земельных ресурсов, сохранения и воспроизводства плодородия почв в Республике Башкортостан за последние годы из 1,2 млн. га деградированной и низкопродуктивной пашни было залужено и переведено в кормовые угодья 1,16 млн. га, из них 599 тыс. га - в сенокосы и 562 тыс. га в пастбища. В результате проведенных мероприятий распаханность сельскохозяйственных угодий за 10 лет сократилась с 65,8 до 50,1% (таблица 6).

Проведение работ по залужению эродированной пашни по состоянию на 01.01.2007 г. позволило внести изменения в структуру сельскохозяйственных угодий, трансформировать пашню в кормовые угодья и существенно снизить эрозионные процессы. Трансформация земель позволила исключить из пахотного оборота каменистые, солонцовые, заболоченные, переувлажненные участки пашни и снизить площадь эродированной пашни до 38%.

Эффективность земледелия может быть высокой при условии рациональной структуры посевных площадей, адаптированной к агроландшафтам и рынку, специализации сельскохозяйственного производства. В республике с 1990 по 2007 годы в структуре пашни и посевных площадей произошли значительные изменения. В связи с сокращением пашни на 1,2 млн. га сократилась и вся посевная площадь - с 4309 до 3094 тыс. га. Значительно сократились посевы зерновых культур - с 2599,5 до 1678,5 тыс. га, в том числе озимых - с 743,1 до 236,3 тыс. га, яровой пшеницы - с 853,4 до 735,8 тыс. га и зернобобовых культур - с 240,7 до 102,5 тыс. га. В то же время увеличились посевы подсолнечника - с 67,0 до 105,1 тыс. га.

В сельскохозяйственных предприятиях республики в целом и по природ-ио-сельскохозяйственным зонам структура посевных площадей нуждается в дальнейшем совершенствовании с учетом урожайности, выхода продукции и доходности с единицы площади, соответствия требованиям продовольственной безопасности и спроса.

Мы провели прогнозные расчеты производства сельскохозяйственной продукции исходя из сложившегося положения и объемов, необходимых для обеспечения уровня продовольственной безопасности и независимости.

Таблица 5 Анализ качественного состояния сельскохозяйственных угодий Республики Башкортостан

на 01.01.97 г и 01.01.07 г., тыс. га

Сельскохозяйственные угодья Площадь, тыс. га Эрозионно-опасные Дефляционно-опасные Каменистые Переувлажненные и заболоченные Солонцеватые и солонцовые комплексы

всего из них эродировано всего из них дефлировано

Всего сельскохозяйственных угодий, на 01.01.97 г. 7375,2 3616 ! 3355 1181,3 1 70,2 995,1 257 31

В том числе: пашни 4834,5 2794,3 2584,3 816,3 39 579 57 7,4

сенокосы 671,9 162,8 137,1 46,5 2,2 74 77 3,4

пастбища 1821,6 652,3 627,3 317,8 28,8 342 ; 122 20

Всего сельскохозяйственных угодий, на 01.01.07 г 7342,9 3600 3300 1050 62 1000,2 355,4 31

В том числе: пашни 3678,8 1604 1184 200 0 22,4 2 0

сенокосы •1254,4 662,8 632 155 12 280 154 12

пастбища 2366,4 1253,2 1396 621 46 677 192,8 18,8

Таблица 6 Залужение и перевод деградированной и низкопродуктивной пашни в кормовые угодья, тыс. га

Природно-сельско-хознйственная зона Всего сельхозугодий на 2007 г. Из них пашнн на Всего выявлено деградированной и низкопродуктивной пашни за 1997-2007 гг. Пер у го сведсно в кормовые дья в 1997-2007 гг. Распаханностъ угодий, % на

в том числе 01.01. 1997 г 01.01. 2007 г.

01.01. 01.01. 2007 г. всего

, 1997 г. сенокосы пастоища

Северная лесостепь 1423,5 1003,6 706,1 301,7 297,7 140,1 157,6 67,6 43,9

Северо-восточная лесостепь 567,2 404,0 258,2 146,4 145,8 84,7 61,1 71,9 47,0

Южная лесостепь 1749,3 1275,2 1005,6 309,2 269,6 129,0 140,6 71,7 53,7

Предуральская степь 2241,6 1512,4 1239,9 296,7 272,5 125,3 147,2 62,9 50,2

Зауральская степь 1093,5 562,9 4244 148,8 138,5 95,2 43,3 51,5 39,1

Горно-лесная зона 267,8 80,8 44,6 36,2 36,2 24,5 11,7 30,2 16,7

Всего по РБ 7342,9 4834,5 3678,8 1239,0 1160,3 598,8 561,5" 65,8 50,1

При этом под продовольственной независимостью страны понимается способность к самообеспечению по основным жизненно важным продуктам национального производства на уровне 80% потребности, а продовольственная безопасность основана на самообеспечении страны основными видами отечест венного продовольствия и выступает как составная часть национальной безопасности. В расчетах использованы данные по численности населения республики 2007 г - 4052 тыс. чел., 2010 г 4070 тыс. чел., 2015 г - 4100 тыс. чел. Прогнозные данные взяты из долгосрочной концепции демографической политики Республики Башкортостан до 2015 года. Данные таблицы 7 показывают, что для достижения продовольственной безопасности к 2015 году необходимо значительно увеличить объемы производства сельскохозяйственной продукции.

В настоящее время сложившиеся объемы производства зерна в общем удовлетворяют потребности населения и перерабатывающей отрасли пищевой промышленности. Однако, учитывая прогнозируемый рост производства животноводческой продукции в республике, следует увеличить производство зерновых и зернобобовых, доведя его к 2015 году до одной тонны зерна па душу населения.

С учетом агроэкологической оценки почв, урожайности основных сельскохозяйственных культур при расширенном воспроизводстве почвенного плодородия, продовольственных норм и потребления и прогнозных показателей количества жителей республики на 2015 год нами предлагается следующая структура посевных площадей, приведенная в таблице 8.

6 ВОСПРОИЗВОДСТВО И УПРАВЛЕНИЕ ПЛОДОРОДИЕМ ПОЧВ

Регулирование гумусного состояния черноземов в системах земледелия лесостепной зоны республики

В разработку теории и практики воспроизводства и управления плодородием почв значительный вклад внесли труды ряда отечественных и зарубежных исследователей (Вильяме, 1948; Лыков, 1976; Кулаковская, 1978; Карманов и др.. 1980; Щербаков и др., 1983; Каштанов и др. 1988; Амиров, 1992; Булгаков, 1999; Сираев, 2000; Суюндуков, 2001; Хабиров и др., 2001; Кираев, 2003; Хазиев, 2007; Elliot et al., 1986; Gallaher et al., 1987; Hammouda et al. 1987).

В современных условиях под воздействием антропогенных факторов органическое вещество почв испытывает значительные количественные и качественные изменения. Специфические гумусовые вещества, составляющие основу органической части почвы, относительно устойчивы и химически стабильны. Однако и они подвержены количественным изменениям в результате дли те; ного интенсивного агротехнического воздействия.

В исследованиях кафедры, проведенных в длительных стационарных опытах, заложенных Э.М. Рахимовым на черноземах выщелоченных еще в 1957 году, под различными севооборотами и бессменными культурами на удобренном и неудобренном фонах установлено, что возделывание полевых культур в севооборотах снижает темпы сокращения запасов гумуса в пахотном слое

Таблица 7 Прогнозные объемы производства сельскохозяйственной продукции для обеспечения продовольственной безопасности Республики Башкортостан

Сельскохозяйственная продукция 2007 год (численность населения 4052 тыс. чел.) Уровень продовольственной независимости Уровень продовольственной безопасности

Объем производства, тыс. т Производство на душу населения, кг/год Объем производства, тыс. т при численности населения 4070 тыс. чел. к 2010 г. Производство на душу населения, кг/год Объем производства, тыс. т, при численности населения 4100 тыс. чел. к 2015 г Производство на душу населения, кг/год

Зерно (в весе после доработки) 3240 799 3600 884 4100 1000

Сахар из сахарной свеклы 147 Л 36,3 225 55,2 I 225 55

Картофель 1430 352 1520 374 1520 370

Масло растительное 22 5,4 30,1 7,3 55 13,4

Овощи 450 111 492 121 1 576 140,5

Мясо и мясопродукты (после доработки) 238 59 243 60 390 95

Молоко и молочные продукты 2150 530 2235 549 250.0 610

Таблица 8 Динамика пашни и структура посевных площадей с 1990 по 2007 гг. и прогноз на 2015 г. во всех категориях хозяйств Башкортостана, тыс. га

Годы Площадь пашни Посевная площадь Зерновые культуры, всего Из них Технические, всего Из них Картофель Овощи Кормовые культуры, всего Чистый пар

озимые яровая пшеница зернобобовые сахар- пая свекла подсолнечник на маслосе-мена

1990 4855,4 4309,7 2599,5 743,1 853,4 240,7 152,2 77,4 67,0 106,5 13,0 1515,5 439,4

1997 4834,5 4243,2 2482,1 316.9 1118,5 93,1 145,1 72,5 61,4 109,3 20,6 1485,8 460,5

2000 4345,4 3739,0 2011,9 370,0 875,0 90.3 207,4 71,4 121,6 106,8 20,0 1392.7 1240.8 484.7

2002 4283,7 3570,8 2015,3 420.8 882,5 98,1 183,6 65,1 98.1 109,4 21,6 488,8

2007 3678,8 3094,0 1678,5 236,3 735,8 102,5 190,6 77 Л 61,8 105,1 112,4 22,3 1090,2 1300 344,8

2010* 3820 3320 1706 400 800 120 180 108 110,9 22,9 25 500

2015 4200 3800 2000 450 1000 150 190 60 120 110 1400 400

* Распределение посевных площадей дано в соответствии с программой устойчивого функционирования и развития агропромышленного комплекса до 2010 года.

в среднем на 60%, а при внесении удобрений - до 90% относительно бессменного возделывания культур и пара. Внесение удобрений под бессменные культуры и в паровом поле замедляет темпы снижения запасов гумуса в среднем на 31% относительно неудобренного фона, в то время как в севооборотах на 55%. Увеличение запасов (умуса происходило лишь под залежью - на 61,1 т/га за 37 лет.

Следовательно, изменение запасов гумуса в пахотном слое выщелоченного чернозема определяется соотношением в севооборотах доли пропашных и зерновых культур, наличием в них чистого пара и многолетних бобовых трав, а также внесением органических и минеральных удобрений.

В изменениях гумусного состояния пахотных почв (полевой опыт № 1) важную роль играют возделываемые культурные растения. Чередующиеся в севообороте или выращиваемые бессменно на одном поле, они оставляют после себя в почве и на се поверхности значительное количество корневых и пожнивных остатков, являющихся одним из основных источников для новообразования гумуса в почве.

Исследования показали, что по количеству поступающих в почву корневых и пожнивных остатков культуры располагаются в следующем порядке: донник - многолетние травы кукуруза озимая рожь - яровая пшеница. Внесение органических и минеральных удобрений увеличивает поступление послеуборочных растительных остатков сельскохозяйственных культур до 1,5 раз по сравнению с неудобренным фоном.

Установлено, что внесение органических удобрений (сидерат + 10 т навоза) при применении комбинированной обработки почвы способствует увеличению запасов гумуса на 2,8 т/га за одну ротацию сидерального севооборота. Гу-муеное состояние выщелоченных черноземов также улучшается на фоне совместного внесения органических и минеральных удобрений при отвальной обработке почвы в плодосменном севообороте, однако показатель ниже, чем в сиде-ральлом, и составляет 1,7 т/га (таблица 9).

Таблица 9 Изменение содержания и запасов гумуса в почве в зависимости от севооборотов (слой 0-30 см, культура - яровая пшеница, учхоз БГАУ)

Севооборот Фон Начало ротации. 1994 г. Конец ротации, 1997 г. Изменение, ±

гумус, % запасы гумуса, т/га гумус, % запасы гумуса, т/га всего, т/га за год, т/га

Плодосменный без удобрений 9,40 284,8 9,37 283,9 -0,03 -0,9 -0,23

Ы60Р80К70 + 10 т навоза 10,41 306,1 10,47 307,8 + 0,06 + 1,7 + 0,43

Сидс-ральный сидерат 9,51 296,7 9,52 297,0 + 0,01 + 0,3 + 0,08

сидерат + Ю т навоза 10,16 310,9 10,25 313,7 + 0,09 + 2,8 + 0,70

Таблица 10 Фракционно-групповой состав гумуса почвы в севооборотах (слой 0-30 см, конец ротации - 1997 г.)

С,% С фракции ГК, % от общего Сгк

Севооборот Фон С общ., % извл. 0,1 н извлекаемой смесью Ка4Р207 + ЫаОН гумины Сгк свобод.и связан.

Н^Од всего ПС ФК Сфк связ. ЯгОз сСа

Плодо- без удобрений 5,44 0.04 0,74 3,09 56,8 2.03 37,3 1.06 19,5 2.35 43,2 1,92 16,3 83,7

сменный Н;оР8С)К70 + 10 т навоза 6,07 0Л9 3,13 3.72 61.3 2.56 42,2 1.16 19,1 2.35 38,7 2,21 18,2 81,8

Сидераль-ный | сидсрат 5,52 0.05 0,91 3,17 57,4 2,02 36,6 1,15 20,8 2,35 42,6 1,76 20,1 79,9

сидерат + Ют навоза 5,95 0,18 3,03 3,48 58,5 228 38,3 1,20 20,2 2,47 41,5 1,90 19,0 81,0

Примечание: в числителе - % к массс сухой почвы; в знаменателе - % к общему С почвы.

Внесение удобрений на черноземах выщелоченных (особенно органических) повышает, по сравнению с фоном без удобрений, подвижность компонентов органического вещества.

Во фракционно-групповом составе 1-умуса максимальный прирост гуми-повых кислот при одновременном уменьшении содержания фульвокислот за одну ротацию получен при применении Ы60Р80К70 + 10 т навоза в плодосменном севообороте. Об этом свидетельствует и наиболее широкое соотношение гуминовых кислот к фульвокислотам - 2,21. Обратная закономерность наблюдается на фоне сидсрат + 10 т навоза, мало влияющих на накопление гуминовых кислот и весьма активно способствующих накоплению фульвокислот. Соотношение Сгк:Сфк в этом случае осталось на уровне контроля - 1,90. Следует отметить, что возделывание донника на зеленое удобрение привело к более значительному изменению качес твенного состава гумуса по сравнению с другими фонами, при этом отмечалось наибольшее возрастание фульвокислот и сужение соотношения Сгк:Сфк 1,76 (таблица 10).

Регулирование азотного состояния черноземов в системах земледелия

Азоту принадлежит важная роль в процессе новообразования гумусовых веществ. Аккумуляция азота в почве является характерным признаком почвообразования, а запасы общего азота определяют ее потенциальное плодородие (Пискунов, 1994).

Применение удобрений позволяет улучшить азотное состояние в севооборотах. Отмечено, что в течение даже одной ротации в сидеральном севообороте совместное применение навоза и сидерата при комбинированной системе обработки почвы способствует наибольшему увеличению запасов азота (таблица 11).

Таблица 11 Изменение содержания и запасов общего азота в почве в зависимости от севооборотов (слой 0-30 см, культура - яровая пшеница, учхоз БГАУ)

Севооборот Фон Начало ротации, 1994 г Конец ротации, 1997 г. Изменение, ±

азот общий, мг/кг запасы азота, т/га азот общий, мг/кг запасы азота, т/га мг/кг всего, т/га за год, т/га

Плодосменный без удобрений 4326 13,1 4258 12,9 -68 -0,2 -0,05

^6оР8оК.7о | 10 т навоза 4568 13,4 4611 13,5 +43 +0,1 +0,03

Склеральный сидсрат 4291 13,4 4360 13,6 +79 +0,2 +0,05

сидерат Ют навоза 4473 13,7 4604 14,1 + 131 +0,4 +0,1

Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что запасы минерального азота на фонах сидерального севооборота были несколько ниже, чем в плодосменном (рисунок 2). Обогащение почвы сидератом, а также минимали-зация ее обработки под яровой пшеницей создают благоприятные условия для деятельности почвенной микрофлоры, так как для бактерий, разлагающих растительные остатки, как известно, необходимо наличие в среде минерального азота. При его нехватке для полного разложения органических веществ микроорганизмы используют азот гумуса почвы и в результате иммобилизации запасы минерального азота уменьшаются. Напротив, при отвальной обработке почвы в плодосменном севообороте наблюдается увеличение его запасов в результате усиленной мобилизации органического азота почвы и растительных остатков.

Плодосменный, без Плодосменный, Сидеральный, Сидеральный,

удобрений Ы60Р80К.70 + 10 т сидерат сидерат+10т

навоза навоза

□ 1995 г. ■ 1996 г. □ 1997 г.

Рисунок 2 Запасы минерального азота в севооборотах (среднее за вегетационный период, слой 0-30 см), кг/га

Динамика азотного режима зависит в целом от установившегося почвен-но-биохимического потенциала и определяется биоклиматическими и агротехническими условиями.

При анализе азотного фонда почв важной задачей является выделение и определение фракции азота, которая может быть минерализована микроорганизмами. Эта часть почвенного азота - ближайший резерв для питания растений. Содержание наиболее лабильной фракции легкогидролизуемого азота на изучаемых фонах колеблется в широких пределах (779/2-1109,5 мг/кг). Под влиянием удобрений произошло накопление этой фракции азота в обоих севооборотах (таблица 12). Более высокая подвижность легкогидролизуемой фракции азота характерна на фоне сидерат + 10 т навоза, где применялась комбинированная обработка почвы (24,1% от общего азота).

Таблица 12 Фракционный состав соединений азота в севооборотах (слой 0-30 см, конец ротации - 1997 г.)

Севооборот Общий азот, мг/кг Минеральный азот, мг/кг % Легкогидролизуемый азот Трудногидролизуемый азот Негидроли-зуемый азот

мг/кг % в том числе мг/кг % в том числе мг/кг %

отгон.со щелочью неотгон. отгон, со щелочью неотгон.

мг/кг % мг/кг % мг/кг % мг/кг %

Плодосменный Без удобрений

4258 м 0,2 779,2 18,3 336,4 7,9 442,8 10,4 1630,8 38,3 528,0 12,4 1102,8 25,9 1839,9 43,2

Ы60Р80К70 + 10 т навоза

4611 12.0 0,3 1023,6 22,2 447,3 9,7 576,4 12,5 2005,8 43,5 705,5 15,3 1300,3 28,2 1569,6 34,0

Сидераль-ный Сидерат

4360 ¿0 0,1 789,1 18,1 300,8 6,9 488,3 па 1547,8 35,5 449,1 10,3 1098,7 25,2 2018,1 46,3

Сидерат + 10 т навоза

4604 М ог 1109,5 24,1 497,2 10,8 612,3 13,3 2122,4 46,1 810,3 17,6 1312,1 28,5 1362.3 29,6

Примечание: в числителе - мг/кг в слое почвы; в знаменателе - % к общему азоту

Фракция трудногидролизуемого азота в севооборотах обнаруживается в большем количестве, чем фракция легкогидролизуемых азоторганических соединений. На удобренном фоне плодосменного севооборота доля трудногидролизуемого азота составляет 43,5%, в то время как на фоне без удобрений - 38,3%, а в си-деральном севообороте по фонам опыта - соответственно 46,1 и 35,5%. Внесение удобрений в севооборотах способствовало увеличению содержания этой фракции азота. Наибольшее его количество отмечено на фоне сидерат + 10 т навоза.

Ежегодная отвальная обработка почвы без внесения удобрений в плодосменном севообороте привела к увеличению негидролизуемых соединений азота по сравнению с удобренным фоном на 9,2%, а при комбинированной обработке в сидеральном севообороте с возделыванием сидерата наблюдается максимальный их рост и составляет 46,3% от общего азота. Очевидно, в последнем азотистые соединения почвы в значительной степени представлены полугуми-фицированными органическими остатками и гумусовыми веществами, прочно связанными с минеральной частью почвы. Применение удобрений в обоих се-вообортах привело к уменьшению доли негидролизусмой фракции азота.

В результате проведенных полевых опытов в условиях СПК «Дружба» Аургазинского района установлено, что применяемые удобрения способствовали повышению содержания как минерального, так и органического азота.

Что касается динамики щелочногидролизуемого азота, то при внесении удобрений к концу вегетации происходило незначительное повышение его содержания. Минеральные удобрения, повышая урожайность позволяют сохранить потенциальные запасы азота за счет интенсификации процессов азогофик-сации, при этом увеличивается масса корней и корневых выделений, способствующих развитию ассоциативных азотофиксаторов. На более плодородной почве с содержанием гумуса 7,8% азотные соединения чернозема выщелоченного находятся на другом, более высоком уровне, однако закономерности, выявленные для почв с меньшим содержанием гумуса (6,3%), сохраняются.

Максимальный урожай гречихи и ячменя на почвах с меньшим содержанием гумуса (6,3%) достигается при применении мочевины в дозе Ы12о кг/га и сульфата аммония в дозе N90 кг/га. Внесение этих же удобрений в дозах N90 и N«5 кг/га соответственно позволяет получить наибольший урожай культур на почвах с содержанием гумуса 7,8%. Применение более высокой дозы азотных удобрений (N150) не способствует дальнейшему увеличению продуктивности культу р. Необходимо отметить, что в отличие от гречихи ячмень лучше реагировал на внесение азотных удобрений. Это является следствием того, что корневая система ячменя отличается слабым развитием и высокой требовательностью к плодородию почвы.

В результате проведенных исследованйй установлены следующие коэффициенты корреляции и уравнения регрессии, характеризующие тесноту и форму связи между средней урожайностью (у) гречихи и ячменя и содержанием нитратного азота (х) (у = 17,02 + 0,28396х, г = 0,86 для гречихи и у = 24,57 + + 0,36х, г = 0,84 для ячменя), аммиачного азота (х) (у = 16,55+0,06836х, г = 0,67 для гречихи и у = 24,46 + 0,083х, г = 0,66 для ячменя), щелочногидролизуемого азота (х) (у = 18,52 + 0,05982х, г = 0,87 для гречихи, и у 28,03 + 0,068х, г = 0,85 для ячменя).

Биологические свойства черноземов в зависимости от элементов систем земледелия

Плодородие почвы неразрывно связано с жизнедеятельностью почвенных микроорганизмов и вырабатываемыми ими ферментами. От активности и направленности биологических процессов, протекающих в почве, зависит скорость трансформации различных соединений, разложение растительных остатков и накопление элементов питания растений (Мишустин, 1972; Хазиев, 1990; Нурмухаметов, 2001).

В черноземах выщелоченных процесс разложения клетчатки протекает более интенсивно в сидеральном севообороте. Это связано с возделыванием донника, обладающего большим количеством энергетического материала, который в свою очередь способствует интенсификации деятельности целлюлозоразлагаю-щих микроорганизмов. За период экспозиции в 90 дней потери льняной ткани в зависимости от фонов опыта составили соответственно: в сидеральном севообороте 33,5 и 44,4%, тогда как в плодосменном - 30,7 и 38,0%. Систематическое применение удобрений стимулирует деятельность аммонифицирующей микрофлоры, в результате чего происходит накопление доступных форм минерального азота, необходимых для нормального функционирования жизнедеятельности целлюлозоразлагающих микроорганизмов. Это обстоятельство объясняет причину усиления разложения клетчатки на удобренных фонах севооборотов. Наиболее значительное влияние на целлюлозораэлагающую способность почвы оказало применение сидерата и 10 т навоза (таблица 13).

Таблица 13 Показатели биологической активности чернозема выщелоченного в севооборотах (слой 0-30 см, среднее за 1995-1997 гг., учхоз БГАУ)

Показатели Плодосменный Сидеральный

без удобрений И60Р80К70 + 10 т навоза сидерат сидерат + 10 т навоза

Разложения клетчатки через 90 дней, % от сухой массы льняной ткани 30,7 38,0 33,5 44,4

Нитрификационная способность почвы, Ы03, мг/кг почвы 10,9 16,6 13,1 18,2

Интенсивность выделения С02 из почвы, мг/кг за 24 часа 94 136 106 161

Уреазная активность, мг ЫН3 на 1 г почвы за 24 часа 0,36 0,51 0,42 0,57

Дегидрогеназная активность, мг ТФФ на 1 г почвы за 24 часа 0,15 0,19 0,17 0,22

Внесение минеральных и органических удобрений в плодосменном севообороте и органических - в сидеральном существенно повысило нитрификаци-онную способность почвы. Наиболее значительное накопление нитратов на-

блюдалось на фоне с органическими удобрениями (сидерат + 10 т навоза) при комбинированной системе обработки почвы.

Более высокие показатели продуцирования С02 из почвы отмечены в си-деральном севообороте с возделыванием донника на зеленое удобрение. Сидерация в данном случае выступает как дополнительный энергетический субстрат, стимулирующий функционирование микробного комплекса почвы.

Улучшение водного режима при комбинированной обработке в сидераль-ном севообороте способствовало усилению микробиологической активности, что в первую очередь отразилось на состоянии ферментов в почве. За все годы исследований ферментативная активность оставалась самой высокой на фоне сидерат + 10 т навоза.

При изучении ресурсосберегающих систем обработки почвы (полевой опыт № 2) на биологические показатели в условиях УНЦ БГАУ установлено, что в годы исследования гидролитические и окислительно-восстановительные процессы в черноземе выщелоченном более интенсивно протекали на варианте с применением плоскорезной обработки почвы вследствие улучшения водного режима почвы. Применение поверхностной обработки почвы способствовало снижению уреазной активности по сравнению с другими вариантами опыта. Дегидрогеназная активность была ниже при поверхностной и минимальной обработках почвы, чем при традиционной вспашке; активность разложения клетчатки была выше относительно друг их вариантов при применении безотвальной обработки почвы (таблица 14).

Таблица 14 Влияние различных систем обработки почвы на показатели биологической активности чернозема выщелоченного (слой 0-22 см, УНЦ БГАУ, среднее за 2006-2008 гг.)

Показатели Система обработки почвы

отвальная поверхностная плоскорезная минимальная

Разложения клетчатки через 90 дней, % от сухой массы льняной ткани 46,7 44,6 52,5 48.7

Уреазная активность, мг ИНз на 1 г почвы за 24 часа 0,49 0,47 0,54 0,51

Дегидрогеназная активность, мг ТФФ на 1 г почвы за 24 часа 0,19 0,16 0,22 0.18

Влияние органических удобрений на показатели плодородия чернозема выщелоченного

Влияние органических удобрений на главные составляющие плодородия чернозема выщелоченного изучалось в модельных лабораторных опытах. В исследованиях почву (1 кг), просеянную через сито с отверстиями 3 мм, смешивали с измельченными растительными остатками и компостировали в течение 450 дней при влажности 60% от ПВ на двух уровнях температуры: 30°С и 20°С. Ва-

рианты удобрений в опыте: 1) контроль (без удобрений); 2) пшеничная солома (из расчета 4,5 т/га сухой массы); 3) гороховая солома (4,5 т/га); 4) люцерновое сено (4 т/га); 5) навоз (10 т/га); 6) пшеничная солома с добавлением мочевины (45 кг азота мочевины на 4,5 т соломы).

Эти исследования показали, что по истечении 450 дней компостирования под влиянием растительных остатков повышается содержание гумуса и азота: при температуре 30°С - на 0,23-0,40% и 197-372 мг/кг, а при 20°С - на 0,330,54% и 246-413 мг/кг почвы (таблица 15).

Таблица 15 Изменение содержания гумуса и азота в черноземе выщелоченном под влиянием органических удобрений

Вариант Гумус, % Азот, мг/кг

30°С 1 20°С 30°С 20°С

Исходная почва 9,26 4127

Контроль (почва без удобрений) 9,20 9,23 4195 4219

Почва + солома пшеничная, 4,5 т/га 9,44 9,57 4476 4553

Почва + солома гороховая, 4,5 т/га 9,43 9,60 4392 4497

Почва + сено люцерновое, 4,0 т/га 9,57 9,64 4528 4572

Почва + навоз, 10 т/га 9,50 9,56 4426 4465

Почва + солома пшеничная + N45 (45 кг азота мочевины на 4,5 т соломы) 9,60 9,77 4567 4632

Снижение температуры до 20°С при оптимальной влажности затормаживает- мобилизацию вновь образованных гумусовых веществ и продуктов разложения растительных остатков, о чем свидетельствуют и более высокие показатели накопления гумуса и азота. Напротив, при увеличении температуры до 30°С хотя и усиливаются процессы гумификации растительных остатков, но образующиеся при высокой температуре гумусовые вещества подвергаются и более сильному разложению со стороны микроорганизмов.

Внесение пшеничной соломы с добавлением мочевины (45 кг азота мочевины на 4,5 т соломы) оказало наибольшее влияние на содержание гумуса и азота. Значительное увеличение содержания гумуса и азота также отмечено и в вариантах с внесением в почву растительных остатков бобовых культур (солома гороховая, сено люцерновое). Снижение содержания гумуса и азота происходило в варианте без внесения органических удобрений.

Органические удобрения оказали существенное влияние и на динамику содержания подвижного гумуса. По истечении 150 дней наибольшее количество как при температуре 30°С, так и 20°С наблюдалось в вариантах с компостированием органических удобрений бобовых культур. К концу инкубации преимущество по содержанию подвижного гумуса также сохранялось за ними, однако следует отметить, что более высокое его содержание отмечалось при температуре 20°С с добавлением пшеничной соломы в присутствии азота мочевины.

Максимальное продуцирование почвой СОг наблюдалось в варианте с внесением в почву пшеничной соломы в присутствии минерального азота. Расти-

тельные остатки гороха и люцерны, обогащенные азотом, разлагались быстрее.

Повышение температуры до 30°С в начальный период инкубации почвы увеличивает интенсивность процессов разложения растительных остатков. В дальнейшем скорость разложения в равные отрезки времени становится одинаковой при обоих температурных режимах.

В растительных остатках с умеренным содержанием азота (0,5-1,5%) на первых этапах разложения преобладают иммобилизационные процессы, но в дальнейшем начинает доминировать аммонификация, которая в нашем случае быстро нитрифицируется. Внесение пшеничной соломы без азотных удобрений, а также соломы гороха при некотором увеличении активности биохимических процессов (уреаза, дегидрогеназа, продуцирование С02 почвой) сопровождалось иммобилизацией образующегося из почвы минерального азога в первые периоды инкубации. В варианте с навозом, где соотношение С:Ы колебалось в пределах 15, процесс иммобилизации выражен слабо, о чем свидетельствуют и более высокие показатели содержания нитратного азота. Разложение богатых азотом растительных остатков люцерны также сопровождалось значительной нитрификацией. При добавлении азота мочевины заметно ускорялось разложение органических остатков, в результате чего происходило и увеличение содержания доступных форм минерального азота.

Процесс минерализации органических удобрений, а следовательно, нитрификация проходили более интенсивно при температуре 30°С.

Инкубация чернозема выщелоченного в оптимальных гидротермических условиях с добавлением растительных остатков способствовала увеличению их ферментативной активности. Наиболее оптимальные условия для функционирования ферментных систем складывались на вариантах с внесением гороховой соломы, навоза, пшеничной соломы с добавлением азота мочевины. По сравнению с контролем уреазная и дегидрогеназная активность в этих вариантах возросла в 1,5 и более раза. В варианте с добавлением растительных остатков люцерны уреазная активность варьировала в одинаковых пределах с другими вариантами, имея более высокие значения, чем в контроле. Наименьшая активность ферментов наблюдалась при инкубации почвы без внесения органических удобрений.

Экономическая эффективность различных элементов систем земледелия

Экономическая эффективность севооборотов. В сидеральном севообороте выход зерна и кормовых единиц с 1 га севооборотной площади оказался несколько ниже, чем в плодосменном (таблица 16). Вместе с тем, в этом севообороте производственные затраты были ниже, а рентабельность выше. Себестоимость единицы продукции на фоне сидерат + 10 т навоза сидерапьного севооборота была ниже, чем на фоне И60Р80К70 + 10 т навоза - плодосменного. По двум другим фонам связь обратная. Повышение себестоимости при запахивании донника в качестве сидерата объясняется более низким показателем продуктивности при незначительных различиях производственных затрат этих вариантов.

Таблица 16 Экономическая эффективность севооборотов (учхоз БГАУ, среднее за 1994-1997 гг.)

Показатели Плодосменный Сидеральный

без удобрений N60P80K70 + 10 т навоза сиде-рат сидерат+ 10 тнавоза

Выход зерна с 1 га севооборотной площади, ц 11,9 14,7 10,3 12,6

Выход кормовых единиц с 1 га севооборотной площади, ц 35,5 45,3 27,4 " 32,5

Стоимость продукции с 1 га, руб. 2567 3604 2635 3255

Производственные затраты на 1 га, руб. 750 1490 702 947

Себестоимость 1 ц кормовых единиц, руб. 21 33 26 29

Чистый доход с 1 га, руб. 1817 2114 1933 2308

Рентабельность производства продукции, % 242 142 276 244

Экономическая эффективность использования азотных удобрений на черцоземах выщелоченных при возделывании гречихи в условиях СПК «Дружба» Аургазинского района. В почвах с меньшим содержанием гумуса (6,3%) самый высокий чистый доход (8,9 тыс. руб.) при возделывании гречихи был получен при внесении мочевины в дозе 60 кг/га д.в. при рентабельности 189%, а сульфата аммония - (9,3 тыс. руб.) в дозе 90 кг/га д.в. при рентабельности 186%. В почвах с более высоким содержанием гумуса (7,8%) максимальный чистый доход (10,9 тыс. руб.) при возделывании гречихи был получен на варианте с внесением мочевины в дозе 30 кг/га д.в. при рентабельности 265%, а на варианте с внесением сульфата аммония (10,7 тыс. руб.) - в дозе 60 кг/га д.в. при рентабельности 238%.

Экономическая эффективность использования азотных удобрений на черноземах выщелоченных при возделывании ячменя. В почвах с меньшим содержанием гумуса (6,3%) самый высокий чистый доход (6,8 тыс. руб.) при возделывании ячменя был получен при внесении мочевины в дозе 60 кг/га д.в. при рентабельности 187%, а сульфата аммония (7,8 тыс. руб.) - в дозе 90 кг/га д.в. при рентабельности 198%. В почвах с более высоким содержанием гумуса (7,8%) максимальный чистый доход (8,4 тыс. руб.) при возделывании ячменя получен на варианте с внесением мочевины в дозе 30 кг/га д.в. при рентабельности 276%, а на варианте с внесением сульфата аммония (8,3 тыс. руб.) в такой же дозе - при рентабельности 282%.

Экономическая эффективность систем обработки почвы. В последние годы большое внимание уделяется минимализации обработки почвы. Уменьшение глубины и частоты основной обработки почвы вплоть до перехода к так называемому прямому посеву представляет интерес с точки зрения экономии ресурсов и защиты почвы от эрозии.

В ходе проведенного экономического анализа последствий перехода от вспашки к минимальным обработкам почвы выявлено, что самой дорогой one-

рацией по обработке является вспашка, так для проведения 1 га пахоты необходимо затратить 1163 руб. наибольшую долю в общих затратах составляют затраты на горюче-смазочные материалы - 83%.

Использование ресурсосберегающих обработок обеспечивает существенную экономию средств по сравнению со вспашкой. Экономия в расчете на 1 составила 56% при плоскорезной. 68У при поверхностной и 79% - при минимальной обработке.

Максимальная экономическая эффективность при возделывания яровой пшеницы была достигнута при плоскорезной обработке почвы. Уровень рентабельности при экстенсивной технологии составил 81%, при интенсивной 65%. что связано с получением недостаточного прибавочного продукта за счет внесения удобрения.

Таким образом, минимализация обработки почвы является экономически выгодной, особенно при сегодняшнем соотношении цен на горюче-смазочные материалы и средства защиты растений. Приемы ресурсосбережения более эффективны на черноземах республики, где мелкие обработки, улучшая илаго-обеспеченность посевов и не вызывая бурных вспышек засоренности, позволяют увеличить урожайность зерновых в сравнении со вспашкой.

ВЫВОДЫ

1. Анализ состояния агроресурсного потенциала республики показа, одним из основных условий оптимизации функционирования агроэкосисте: является восстановление бездифицитных циклов гумуса и азота в почвах. И пахотных почвах в настоящее время эти балансы отрицательные. Основные причины - эрозионные потери и интенсивный вынос с урожаями, которые не компенсируются внесением минеральных и органических удобрений. Для устранения этого дисбаланса необходимо внесение расчетных доз минеральных \доб-рений под планируемую урожайность сельскохозяйственных культур с соотношением Ы:Р:К в соответствии с особенностями почв и не менее 10 т навоза на 1 га пашни, а также посев бобовых сидератов.

2. Для оценки общей устойчивости почв можно ограничиться несколькими базовыми показателями: содержанием и запасами общего гумуса и азота, подвижностью фракций органического вещества, потенциальной азотфикеи-рующей активностью.

Гумусное состояние черноземов республики, вовлеченных в пашню, рактеризуется выраженной тенденцией к дегумификации. Почвы агроценозов. по сравнению с целинными, содержат также меньше общего азота и его потенциально-минерализуемых соединений, обладают меньшей азотмиперализую-щей способностью.

Устойчивость гумусного и азотного состояния черноземов обеспечивается использованием сидератов бобовых культур, внесением части соломы, увеличением посевов однолетних зернобобовых культур и многолетних бобовых трав, а также применением органических и минеральных удобрений. Внесение азотных удобрений необходимо проводить с учетом его запасов в самой почве, текущей минерализации азота почвы и внесенных органических удобрений.

3. Приоритетным направлением воспроизводства плодородия почв в республике является оптимизация структуры агроэкосистем. При экологической оптимизации землепользования наиболее важным критерием является предельно допустимая доля пахотных земель.

Залужепис деградированных земель в республике позволило существенно снизить долю эродированных сельскохозяйственных угодий и сократить неоправданные затраты па получаемую сельскохозяйственную продукцию, а на остальной площади пашни интенсифицировать земледельческое производство. В оптимизированных по структуре агроэкосистемах повышается устойчивость почп. растет эффективность агротехнологических приемов.

4. Исследования гумусного состояния черноземов выщелоченных в различных севооборотах показали, что применение органических удобрений (си-дерат I 10 т навоза) на фоне комбинированной обработки почвы в 4-польном сидеральпом севообороте способствует большему увеличению запасов гумуса (2,8 т/га), чем внесение М60Р80К70 + 10 т навоза в плодосменном севообороте мри ежегодной вспашке (1,7 /га). При этом на варианте с сидератом в составе гумуса увеличивается содержание фульвокислот, а во втором - гуминовых. В обоих севооборотах на удобренных фонах за одну ротацию создается положительный баланс гумуса, элементов минерального питания и достигается заметное улучшение показателей плодородия почвы.

Использование сидерата и навоза в сидеральном севообороте повышает целлюлозоразлагающую и иитрификационную способность, интенсивность выделения С02 почвой, усиливает урсазную и дегидрогеназную активность черноземов выщелоченных. Все это способствует увеличению содержания гидроли-зуемых и уменьшению пегидролизуемых азоторганических соединений.

Применение системы безотвальной обработки почвы в 5-польном сидеральном севообороте под яровую пшеницу способствует повышению показателей биологической активности черноземов выщелоченных и продуктивности посевов 'з среднем на 2 ц/га.

Внесение в почву растительных остатков яровой пшеницы, гороха, люцерны способствует увеличению содержания гумуса и азота, что соизмеримо с использованием навоза.

5. При изменении гумусированности черноземов выщелоченных в пределах одного уровня средней обеспеченности на фоне равновеликое содержания азота максимальные урожаи гречихи и ячменя в почвах с меньшим содержанием гумуса (6.3%) достигаются при внесении мочевины в дозе N^0 и сульфата аммония в дозе

кг/га. В почвах с большим содержанием гумуса (7,8%) для получения таких же урожаев достаточно внесение этих удобрений в дозах Ы90 и N50 кг/га соответственно. Применение более высокой дозы азотных удобрений не способствует дальнейшему увеличении-) урожайности сельскохозяйственных культур.

6. Экономическая оценка различных элементов систем земледелия показала, что система комбинированной и безотвальной обработки почвы в зерно-паропропашных севооборотах с еидеральным паром обеспечивает высокую рентабельность и получение стабильных урожаев яровой пшеницы по качеству, отвечающему требованиям продовольственного зерна.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

В земледелии республики для обеспечения устойчивого производства растениеводческой продукции и эффективного регулирования плодородия лесостепных черноземов рекомендуется следующий комплекс почвозащитных, энергосберегающих и экологически эффективных мероприятий:

- для стабилизации гумусного и азотного состояния черноземов, у;

ния экологичности продукции рекомендуется использовать сидеральные сено-обороты с короткой ротацией с ежегодным применением 1Т) г навоза на 1 пашни и комбинированной обработкой почвы (вспашка под пропашные культуры, поверхностная или безотвальная - под яровые зерновые).

- с целью поддержания бездефицитного баланса гумуса н пахотных почвах целесообразно расширять посевы сидеральных культур на части паровых полей. Часть соломы злаковых зерновых и зернобобовых культур должна оставаться на поверхности пашни в измельченном виде при уборке. Необходимо практиковать в звеньях плодосменных севооборотов посев многолетних бобовых культур.

Улучшение состояния черноземов и воспроизводство их плодородия включают весь комплекс рекомендованных технологических решений.

СПИСК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Люпов, 3.3. Изменение оптической плотности гуминовых кислот почвы при интенсивном применении удобрений /' 3.3. Аюпов. P.C. Кираев, Р.З. Акби-ров, Р.Ф. Аллаяров, B.C. Сергеев // Проблемы антропогенной эволюции почн Башкортостана: гезисы докладов научной конференции. Уфа: Башкирский ГАУ, 1996. - С. 81-82.

2. Сергеев, B.C. Изменение азотного режима почвы под яровой пшеницей в севооборотах / B.C. Сергеев // Проблемы агропромышленного комплекса на Южном Урале и Поволжье: материалы региональной научно-практической практической конференции. Уфа: Башкирский ГАУ 1997 -С. 18-21

3. Аюпов, 3.3. Изменение качества гумуса в зависимости от способов во: делывания сельскохозяйственных культур > 3.3. Аюпов, И.К. Хабиров, P.C. Кираев, B.C. Сергеев //' Проблемы антропогенного почвообразования: тезисы докладов Международной конференции. - М. 1997 С. 252-255.

4. Сергеев, B.C. Влияние обработки почвы и удобрений на целлюлозораз-лагающую способность почвы в севооборотах / B.C. Сергеев // Проблемы агропромышленного комплекса на Южном Урале и Поволжье. материалы региональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов. Уфа, 1998.-С. 46-49.

5. Сергеев, B.C. Азотное состояние чернозема выщелоченного Южной лесостепи РБ и приемы его регулирования / B.C. Сергеев, 3.3. Аюпов. И.К. Хабиров, Ф.З. Уразметов, Р.Н. Аглетдинов // Почвы. Жизнь. Благосостояние: материалы Всероссийской конференции. - Пемза, 2000. - С. 174-177.

Аюпов, 3.3. Гумусное состояние чернозема выщелоченного в севооборотах традиционного и биологического земледелия / 3.3. Аюпов, И.К. Хабиров, Ф.З. Уразметов, B.C. Сергеев, P.A. Акбиров, М.М. Абдуллин // Почвы. Жизнь. Ьлагосостояние: материалы Всероссийской конференции. Пенза, 2000. С. 153-155.

7 Влияние севооборота, обработки почв и удобрения в системе биологического земледелия на содержание гумуса и азота / B.C. Сергеев, И.К. Хабиров, 3.3. Аюпов, P.M. Рафиков, Ф.З. Уразметов // Почвы. Жизнь. Благосостояние: материалы Всероссийской конференции. - Пенза, 2000. - С. 193-194.

8. Сергеев, B.C. Ферментативная активность выщелоченного чернозема в сспооборогах традиционного и биологического земледелия / B.C. Сергеев, 3.3. Аюпов // Создание высокопродуктивных а1роэкосистем на основе новой парадигмы природопользования: материалы научно-практической конференции, посвященной 95-летию со дня рождения профессора С.Н. Тайчннова. Уфа, 2001. С. 164-165.

9. Абдуллин, М.М. Влияние органо-минеральных удобрений и извести на физико-химические свойства выщелоченного чернозема Южной лесостепи РБ ' М.М. Абдуллин, 3.3. Аюпов, В.Ф. Гайсин, B.C. Сергеев // Создание высокопродуктивных агроэкосистем на основе новой парадигмы природопользования: материалы научно-практической конференции, посвященной 95-летию со дня рождения профессора С.Н. Тайчинова. Уфа, 2001. - С. 160-164.

10. Аюпов, 3.3. Влияние элементов биологизации земледелия на урожай и качество зерна яровой пшеницы 3.3. Аюпов, B.C. Сергеев, П.В. Пестерепко

Проблемы и перспективы обеспечения продовольственной безопасности регионов России: материалы Всероссийской научно-практической конференции.

Уфа, 2005. - 149-152.

11 Аюпов, 3.3. Севообороты биологического земледелия в Башкортостане 3.3. Аюпов, B.C. Сергеев, Б.Т Щербаков // Агрономическая наука - производству: сборник рекомендаций, посвященный 75-летнему юбилею Башкирского ГАУ Уфа, 2003.-С. 7

12. Сергеев, B.C. Опыт применения сидератов в С1ТК «Дружба» Аурга-зинского района Республики Башкортостан / B.C. Сергеев, И.К. Хабиров, З.Х. Максютов, Р.Б. Камалетдинов // Агрономическая наука - производству" сборник рекомендаций, посвященный 75-лстнсму юбилею Башкирского ГАУ Уфа, 2005. - С. 14.

13. Сергеев, B.C. Содержание и запасы гумуса в черноземах выщелоченных в зависимости от элементов систем земледелия / B.C. Сергеев, Ю.А. Петров // Молодые ученые в реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК»- материалы I Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых. - Уфа, 2006. С. 40-42.

14. Сергеев, B.C. Агроэкологическая оценка плодородия почв СПК «Дружба» Аургазипского района РБ / B.C. Сергеев, И.К. Хабиров, М.Г Гиль-\iyiдинов, P.A. Якупова, Т.Р Габдуллин // Молодые ученые в реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК», материалы 1 Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых. Уфа: Башкирский ГАУ. 2006. -С. 136-139.

15. Петров, Ю Л. Минимализация систем обработки черноземов выщелоченных под яровую пшеницу / Ю.Л. Петров, B.C. Сергеев // Проблемы и перспективы развития инновационной деятельности в агропромышленном прои водствс: материалы Всероссийской научно-практической конференции. Уфа. 2007 -С. 170-173.

16. Якупова, P.A. Динамика минерального и щелочногидролизусмого азота под гречихой в черноземах выщелоченных СПК «Дружбы» Аургазинского района РБ / P.A. Якупова, B.C. Сергеев, И.К. Хабирои, А.Д. Гизату: З.Г Простякова /7 Почвы Южного Урала и Среднего Поволжья: экология и плодородия: материалы региональной научно-практической конференции почвоведов, агрохимиков, зсмлсделов Южного Урала и Среднего Поволжья. Уфа. 2006. - С. 122-125.

17 Хабиров, И.К. Азотные соединения черноземов выщелоченных при разных системах земледелия / И.К. Хабиров. B.C. Сергеев Земледелие. 2006

- № 4. - С. 10-11

18. Сергеев, B.C. Изменение биологических свойств почвы в севооборотах при различных способах обработки почвы и удобрений B.C. Сергеев. Ю.Л Петров, И.О. Чанышев // Проблемы и перспективы развития инновационной деятельности в агропромышленном производстве: материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Уфа, 2007 - С. 181-183.

19 Сергеев, B.C. Эффективность азотных удобрений при возделывания гречихи и ячменя в условиях СПК «Дружба» Аургазинского района B.C. Сергеев, P.A. Якупова, И.К. Хабиров, А.Д. Гизатуллип /7 Проблемы и перспективы развития инновационной деятельности в агропромышленном производстве материалы Всероссийской научно-практической конференции. Уфа. 2007 С. 179-181.

20. Хабиров, И.К. Содержание гумуса в черноземе в зависимости от системы земледелия / И.К. Хабиров, B.C. Сергеев Плодородие. - 2007 - № 1 С. 16-17

21 Аюпов, 3.3. Совершенствование полевых севооборотов в лесосюпиых и степных агроландшафтах Башкортостана ! 3.3. Аюпов, P.C. Кираев, Б.Т Щербаков, B.C. Сергеев и др. Рекомендации. Уфа: Минсельхоз РБ. БГАУ 2007

- 39 с.

22. Сергеев, B.C. Состояние и пути воспроизводства плодородия черноземов Башкортостана на основе адаптивно-ландшафтной системы земледелия B.C. Сергеев, И.К. Хабиров, 3.3. Аюпов // Материалы V съезда Всероссийского общества почвоведов им. В.В. Докучаева. Ростов-па-Дону, 2008. - С. 200.

23. Сергеев, B.C. Влияние возрастающих доз азотных удобрений па урожайность гречихи и ячменя в условиях СПК Дружба Аургазинского района Республики Башкортостан B.C. Сергеев, А.Д. Гизатуллип / Агрохимия и экология: история и современность, материалы международной научно-практической конференции. - Нижний Новгород, 2008 - С. 226-227

24. Сергеев, B.C. Плодородие выщелоченных черноземов при внесении органических удобрений / B.C. Сергеев, И.О. Чанышев, И.К. Хабиров, 3.3. Аюпов // Плодородие. -2008. - № 3. - С. 21-22.

25. Сергеев. B.C. Влияние основных элементов систем земледелия на динамику водорастворимого гумуса в черноземах выщелоченных / B.C. Сергеев, 3.3. Аюнов, И.О. Чанышев // Интеграция аграрной науки и производства: состояние, проблемы и пути их решения: материалы Всероссийской научно-практической конференции. Уфа, 2008. - С. 67-69.

26. Сергеев, B.C. Динамика подвижного гумуса в черноземах выщелоченных при разных системах земледелия / B.C. Сергеев // Гумусное состояние почв: материалы Международной конференции, посвященной 100-лстию со дня рождения крупнейшего исследователя органического вещества почв JI.H. Александровой. -Санкт-Петербург: СПбГАУ, 2008- С. 106-107

27. Сергеев, B.C. Изменение плодородия черноземов выщелоченных при их сельскохозяйственном использовании в условиях СПК Дружба Аургазин-ского района РБ / B.C. Сергеев, И.К. Хабиров, Ю.А. Петров, А.Д. Гизатуллин

Агроэкологическая роль плодородия почв и современные агротехнологии: материалы Международной научно-практической конференции. Уфа, 2008 С. 100-102.

28. Духанин, Ю.А. Оптимизация азотного питания гречихи и ячменя на почвах Республики Башкортостан / Ю.А. Духанин, И.К. Хабиров, B.C. Сергеев, P.A. Якупова, А.Д. Гизатуллин // Плодородие. - 2008. -№ 3. - С. 13-15.

29. Сергеев, B.C. Оптимизация гумусного состояния черноземов выщелоченных Южной лесостепи Республики Башкортостан / B.C. Сергеев // Роль почвы в сохранении устойчивости агроландшафтов: материалы Всероссийской научно-практической конференции, посвященной памяти профессора Г.Б. Галь-дина. - Пенза: Пензенская ГСА, 2008. С. 84-87.

30. Сергеев, B.C. Динамика минерального азота в черноземе выщелоченном под яровой пшеницей при различных приемах основной обработки почвы / B.C. Сергеев // Научное обеспечение устойчивого функционирования и развития АПК: материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Уфа, 2009. С. 58-62.

31. Анохина, Н.С. Влияние способов обработки почвы и удобрений на содержание лабильных форм 1умусовых веществ в черноземе выщелоченном / I-T.C. Анохина, 3.3. Аюпов, B.C. Сергеев, В.Г Федоров // Научное обеспечение устойчивого функционирования и развития АПК: материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Уфа, 2009. С. 17-20.

32. Сергеев, B.C. Влияние способов обработки почвы на биологические показатели чернозема выщелоченного и урожайность яровой пшеницы

B.C. Сергеев // Вестник Оренбургского государственного университета. 2009. №10 С. 611-612.

33. Сираев. М.Г Система обработки почвы в севооборотах степных и лесостепных агроландшафтов Башкортостана. Результаты опытов и предложения производству / М.Г Сираев, P.C. Кираев, Х.М. Сафин, B.C. Сергеев и др. // Рекомендации. - Уфа: Минеельхоз РБ, БГАУ, 2009. - 99 с.

34. Сергеев, B.C. Экономическая эффективность минимализации обработки почвы в Южной лесостепи Башкортостана / B.C. Сергеев, Г.Х. Ибрагимова // Аграрный вестник Урала. - 2010. - № 3. - С. 34-36.

35. Сергеев, B.C. Биологическая оценка черноземов выщелоченных при ресурсосберегающих способах обработки почвы / B.C. Сергеев // Научное обеспечение инновационного развития АПК: материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Уфа, 2010. - С. 207-211.

36. Сергеев, B.C. Оптимизация агроэкосистсм основное условие эффективного использования плодородия почв / B.C. Сергеев, И.О. Чанышев, P.III. Афзалов Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2010.-№8.- С. 29-32.

37 Сергеев, B.C. Влияние растительных остатков на показатели почвенного плодородия / B.C. Сергеев // Вестник Алтайского государственног о аграрного университета. - 2010. - № 9. С. 28-34.

38. Сергеев, B.C. Биологическая активность чернозема выщелоченного в зависимости от некоторых элементов системы земледелия / B.C. Сергеев /У Зс, леделие. - 2010. - № 7. С. 25-26.

писано и печ;пъ 08.11.2010. Формат бумаги 60 <841/1в. Усл. псч. л. 2,38. Бумага офсетная Печать трафаретная. Гарнитура «Тайме». Заказ 666. Тираж 130 экз.

Типография ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет» 450001, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, 34

2010182086

Текст научной работыДиссертация по биологии, доктора биологических наук, Сергеев, Владислав Сергеевич, Уфа

На правах рукописи

05201150287 Сергеев Владислав Сергеевич

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА И ВОСПРОИЗВОДСТВО ПЛОДОРОДИЯ ЧЕРНОЗЕМОВ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН

Специальность 03.02.13 - почвоведение

Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук

Научный консультант: доктор биологических наук, профессор Хабиров И.К.

Уфа-2010

СОДЕРЖАНИЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.................................................................4

ГЛАВА 1 АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИ ОРИЕНТИРОВАННЫЙ ПОДХОД К УПРАВЛЕНИЮ СТРУКТУРОЙ АГРОЭКОСИСТЕМ КАК ФАКТОР ПОВЫШЕНИЯ И ВОСПРОИЗВОДСТВА ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ..............9

1.1 Сохранение плодородия почв как главная задача решения проблемы продовольственной безопасности...................................................9

1.2 Агроэкологический подход к использованию почв................................13

1.3 Почва как центральное звено агроценозов и агроэкосистем.................17

1.4 Агроэкологическая концепция регулирования плодородия почв.........20

. ГЛАВА 2 АНАЛИЗ АГРОРЕСУРСНОГО ПОТЕНЦИАЛА АПК РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН...............................................................................31

2.1 Общая характеристика природных условий............................................31

2.2 Состояние пахотных земель.......................................................................44

2.3 Агроэкологическое состояние сельского хозяйства...............................60

2.4 Современное состояние системы продовольственной безопасности республики...................................................................................................77

ГЛАВА 3 УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ......82

ГЛАВА 4 АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ПОЧВ

ПО ГУМУСНОМУ И АЗОТНОМУ СОСТОЯНИЮ.....................................88

4Л Гумусное состояние почв...........................................................................88

4.2 Азотное состояние почв.............................................................................93

4.3 Агроэкологическая оценка почв СПК «Дружба» Аургазинского района.........................................................................................................105

ГЛАВА 5 ОПТИМИЗАЦИЯ АГРОЭКОСИСТЕМ - КАК ОСНОВЫ ЭФФЕКТИВНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ В СИСТЕМАХ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ.................................................................................123

5.1 Экологическое нормирование антропогенных нагрузок на агро-экосистемы как основа управления плодородием почвы.....................123

5.2 Оптимизация структуры пахотных угодий и элементов систем

земледелия.................................................................................................136

ГЛАВА 6 ВОСПРОИЗВОДСТВО И УПРАВЛЕНИЕ ПЛОДОРОДИЕМ

ПОЧВ................................................................................................................174

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ.............................................269

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.......................................................................................273

ПРИЛОЖЕНИЕ.............................................................................................................

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В почвенном покрове Башкортостана черноземы имеют наибольшее распространение. На территории республики встречаются все основные подтипы черноземов: лесостепные (оподзоленные и выщелоченные) и степные (типичные, обыкновенные и южные). Среди пахотных земель преобладающими являются черноземы выщелоченные, которые занимают 28% от общей площади пашни.

В последние годы вследствие интенсивного земледельческого использования черноземов республики произошло заметное снижение уровня их эффективного плодородия. Сельскохозяйственное использование этих почв за последние двадцать лет привело к потере четверти гумусовых запасов и до 5 т/га запасов азота в пахотном горизонте. Произошло также и ухудшение экологической обстановки в агроэкосистемах (Хабиров, 1993; Почвы Башкортостана, 1997; Кираев, 2003; Мукатанов и др., 2008).

По мнению ряда ученых (Кирюшин, 1996; Миркин и др., 2000;-Добровольский' И' др., 2002; Хазиев, 2008), это вызвано, прежде всего, нарушением равновесия в системе «почва - растение - человек». Несоблюдение научно-обоснованного плодосмена, ежегодная интенсивная обработка почвы, недостаточное внесение удобрений, особенно органических, а также усиление эрозионных процессов привели к уменьшению содержания гумуса и элементов минерального питания, увеличению кислотности, ослаблению биологической активности черноземов и понижению продуктивности пашни.

Природно-территориальный комплекс республики с большим разнообразием климатических условий и рельефа требует дифференцированного подхода к воспроизводству почвенного плодородия. Поэтому разработка стратегии и тактики воспроизводства почвенного плодородия с учетом комплексной агро-экологической оценки почв является важнейшей задачей повышения устойчивости сельского хозяйства и обеспечения продовольственной безопасности.

Целью исследований является агроэкологическая оценка состояния и

разработка путей воспроизводства плодородия черноземов для усовершенствования систем земледелия лесостепной зоны республики.

Для реализации указанной цели исследований были поставлены следующие задачи:

- провести анализ агроресурсного потенциала агропромышленного комплекса Республики Башкортостан;

- оценить устойчивость черноземных почв по гумусному и азотному состоянию;

- дать агроэкологическую оценку плодородия пашни лесостепных черноземов Башкортостана;

- разработать оптимальные направления совершенствования структуры сельскохозяйственных угодий;

- выявить особенности влияния элементов системы земледелия на показатели плодородия черноземов лесостепи;

- дать экономическую оценку эффективности элементов систем земледелия.

Научная новизна. Предложен агроэкологический подход к управлению

плодородием почв. Дана агроэкологическая оценка лесостепных черноземов республики. Обоснованы пути оптимизации сельскохозяйственных угодий и структуры агроландшафтов. Установлена эффективность проведения в республике работ по залужению и выводу из оборота деградированной и низкопродуктивной пашни. Установлены качественные и количественные параметры изменения лесостепных черноземов под действием систем обработки почвы и удобрений в различных севооборотах. Обоснована роль отдельных элементов системы земледелия в воспроизводстве плодородия лесостепных черноземов.

Практическая значимость. Предложенные экологически обоснованные параметры функционирования агроценозов служат основой для разработки регионального землепользования в условиях лесостепной зоны республики. Материалы работы включены в следующие практические рекомендации: «Совершенствование полевых севооборотов в лесостепных и степных агроландшафтах Башкортостана, 2007» и «Системы обработки почвы в севооборотах степных и

лесостепных агроландшафтов Башкортостана, 2009», а также использованы при разработке «Республиканской программы сохранения и повышения плодородия почв на 2001-2005 годы», программы «Сохранение и восстановление плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения и агроландшафтов как национального достояния Республики Башкортостан на 2006-2010 годы», «Программы устойчивого функционирования и развития агропромышленного комплекса Республики Башкортостан до 2010 года», «Республиканской программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012 годы».

Научные разработки внедрены в СПК «Дружба» Аургазинского и в СПК «Базы» Чекмагушевского районов, а также используются в других хозяйствах республики для повышения плодородия почв.

Теоретические положения и практические результаты исследований используются при чтении лекций на агрономическом факультете Башкирского ГАУ.

Положения, выносимые на защиту:

1. Эффективное управление плодородием почв возможно только в рамках экологически ориентированного подхода к землепользованию при оптимизации соотношения всех компонентов агроэкосистемы.

2. Устойчивость почв по гумусному и азотному состоянию связана с изменениями количественных и качественных характеристик гумуса и азота, показателей состава гумусовых веществ и азоторганических соединений, характера их изменений под влиянием технологических решений в земледелии.

3. Теоретическое и практическое обоснование воспроизводства и регулирования показателей плодородия черноземов является концептуальным подходом для решения проблем взаимосвязей в системе почва — растение — окружающая среда.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Международных, Всероссийских, межрегиональных и республиканских научно-практических конференциях (1996-2010), в том числе на Международных

ч

конференциях «Проблемы антропогенного почвообразования» (Москва, 1997),

«Агрохимия и экология: история и современность» (Нижний Новгород, 2008), «Гумусное состояние почв» (Санкт-Петербург, 2008), «Агроэкологическая роль плодородия почв и современные агротехнологии» (Уфа, 2008), на V съезде Всероссийского общества почвоведов им. В.В. Докучаева (Ростов-на-Дону, 2008), на Всероссийских научных конференциях «Почва. Жизнь. Благосостояние» (Пенза, 2000), «Проблемы и перспективы обеспечения продовольственной безопасности регионов России» (Уфа, 2003), «Повышение эффективности и устойчивости развития агропромышленного комплекса» (Уфа, 2005), «Молодые ученые в реализации приоритетного национального проекта развития АПК» (Уфа, 2006), «Проблемы и перспективы развития инновационной деятельности в агропромышленном комплексе» (Уфа, 2007), «Интеграция аграрной науки и производства: состояние, проблемы и пути их решения» (Уфа, 2008), «Роль почвы, в сохранении устойчивости агроландшафтов» (Уфа, 2008), «Научное обеспечение устойчивого функционирования и развития АПК» (Уфа, 2009), «Проблемы экологии Южного Урала» (Оренбург, 2009), «Научное обеспечение инновационного развития АПК» (Уфа, 2010), на межрегиональных и республиканских научно-практических конференциях «Проблемы антропогенной эволюции почв Башкортостана» (Уфа, 1996), «Качество продукции растениеводства и приемы его повышения» (Уфа, 1997), «Проблемы агропромышленного комплекса на Южном Урале и Поволжье» (Уфа, 1997), «Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан» (Казань, 1997), «Проблемы агропромышленного комплекса на Южном Урале и Поволжье», (Уфа, 1998), «Создание высокопродуктивных агроэкосистем на основе новой парадигмы природопользования» (Уфа, 2001), «Достижения аграрной науки - производству» (Уфа, 2004), «Почвы Южного Урала и Среднего Поволжья: экология и плодородие» (Уфа, 2006).

Публикация результатов исследований. Основные положения диссертации опубликованы в 38 печатных работах, в том числе 9 в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа написана на

309 страницах машинописного текста, состоит из 6 глав, выводов и предложений производству, включает 66 таблиц, 27 рисунков и 23 таблицы в приложении. Список литературы включает 430 источников, в том числе 43 - иностранных авторов.

ГЛАВА 1 АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИ ОРИЕНТИРОВАННЫЙ ПОДХОД

К УПРАВЛЕНИЮ СТРУКТУРОЙ АГРОЭКОСИСТЕМ КАК ФАКТОР ВОСПРОИЗВОДСТВА ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ

1.1 Сохранение плодородия почв как главная задача решения проблемы

продовольственной безопасности

Несмотря на то, что в масштабе геологической истории планеты время жизни человечества мало, оно стало силой, способной выявить процессы, соизмеримые с естественными процессами биосферы. По этой причине выживание человечества в большой степени связано не с экономическими, а с экологическими факторами [Вальков, 1986; Одум, 1975, 1987; Реймерс, 1992; Жученко, 1994; Brown, 1994; Моисеев, 1995; Киргошин, 1996; Булгаков, 1999; Миркин и др., 1999, 2000; Черняев, 1999; Каштанов, 2000; Мукатанов и др., 2008]. На биосферу влияют не только промышленное производство и транспорт, но и сельское хозяйство. Достигли предела доля агросферы, доля эродированных почв, биомассы сельскохозяйственных животных и т.д. Ресурсы биосферы, затрачиваемые на производство продуктов питания, ограничены, поэтому при сохранении сложившихся тенденций природопользования в сельском хозяйстве оно может стать одной из главных причин экологического кризиса.

В 2002 году в Йоханнесбурге был проведен Всемирный саммит по устойчивому развитию «Рио+10». Суть принципа устойчивого развития - удовлетворение жизненных потребностей нынешнего и будущего поколения людей. Россия последовательно приступила к выполнению рекомендаций упомянутого саммита. Указами Президиума РФ утверждены основные положения государственной стратегии и концепция перехода к устойчивому развитию, разработаны планы действия Правительства РФ по охране окружающей среды и природопользования, более 30 законопроектов и столько же нормативных актов.

Однако, стремясь к последовательному выполнению обязательств и рекомендации саммита, Россия, в силу известных причин, более успешно выпол-

нила часть декларации касательно окружающей среды в атмосфере и значительно менее успешно вторую — относительно устойчивого развития.

В сельскохозяйственном производстве устойчивое развитие предполагает прекращение истощения и разрушения прежде всего почвенных ресурсов и достижение экологически здорового производства при достаточно высокой продуктивности растениеводства и животноводства [Карманов, 1990; Варламов, 1991; Овсянников, 1992; Реймерс, 1992; Жученко, 1994; Кирюшин, 1996; Бах-тизин, 1999; Дрейер и др., 1999; Миркин и др., 2000; Каштанов, 2000; Титлянова и др., 2000; Зыбалов, 2000, 2001; Суюндуков, 2001; Хабиров и др., 2000, 2001].

Как показывает мировой опыт, экологически организованное сельское хозяйство должно строиться на принципах сестайнинга (поддержания), что делает необходимым следование экологическому императиву - системе запретов на все формы использования агроресурсов, которые ведут к разрушению, загрязнению окружающей среды или производимых продуктов [Brown, 1997; Миркин и др. [1999]. Это означает, что сельское хозяйство, по словам академика H.H. Моисеева [1995], должно коадаптировать с природой. В.И. Кирюшин [1996] также считает, что спасение человека - в адаптации к природе, познании ее законов и следовании этим законам.

Главной задачей современного сельского хозяйства является обеспечение продовольственной безопасности, то есть потребностей современного и будущего поколений человечества в продуктах питания при сохранении агроресурсов, в первую очередь почв [Wood, 1988; Добровольский, 1990; Harwood, 1990; Никитин, 1991; Прижуков, 1996; Каштанов, 2000; Миркин и др., 2000].

В настоящее время существует несколько взглядов на проблему продовольственной безопасности. Есть мнение, что прокормить растущее население планеты можно за счет создания высокоинтенсивных замкнутых систем, в которых поддерживается высокий уровень ресурсов и из которых нет оттока загрязняющих веществ (Гительзон и др., 1997). Другие предлагают решить продовольственную проблему за счет новых трансгенных сортов растений и пород животных (Salvador et al., 1994). В мире немало сторонников различных «аль-

тернативных» подходов к решению данной проблемы: с полным отказом от минеральных удобрений, пестицидов и других химических средств управления агроэкосистемами и агроценозами [Arman, 1983; Bonnoy et al., 1984 и др.].

Однако, как считают Б.М. Миркин и P.M. Хазиахметов [2000], наиболее приемлемым решением проблемы продовольственной безопасности является компромиссное, когда в умеренных дозах могут применяться удобрения и пестициды, на ограниченных площадях - орошение и т.д. Ключевым моментом продовольственной безопасности при разных сценариях решения проблемы они считают не столько производство продуктов питания сегодня, сколько сохранение ресурсов для потомков.

Проблема продовольственной безопасности в России стоит достаточно остро. Продовольственный рынок России за последние годы характеризуется спадом производства большинства видов сельскохозяйственной, продукции, особенно животноводческой. По данным Госкомстата России, производство молока с 1993 по 2007 год сократилось на 30,7%, скота и птицы на убой (в убойном весе) - на 24%. Одним из показателей продовольственной обеспеченности страны продуктами питания является потребление населением пищевых продуктов в соответствии с установленными медицинскими нормами. Так, потребление мяса и мясопродуктов на душу населения в Российской Федерации, по статистическим данным, в 2007 году было ниже рекомендуемой нормы на 14 кг, молока и молочных продуктов - на 114 кг, овощей - на 30 кг. В то же время среднедушевое потребление картофеля превысило норму на 35 кг.

Почвы являются главным средством производства в сельском хозяйстве [Докучаев, 1936; Вильяме, 1948; Бахтизин, 1960; Тайчинов и др., 1975; Карманов, 1980; Ковда, 1983; Никитин, 1991; Кирюшин, 1996; Синявский, 1996; Хазиев, 2007]. В зависимости от их плодородия обеспечивается уровень первичной биологической (растениеводческой) и вторичной биологической (животноводческой) продукции. Если это производство соответствует требованию обеспечения продовольственной безопасности [Brown, 1994; Миркин и др., 2000; Добровольский и др., 2002; Хазиев, 2007;], необходимо предусматривать со-

хранение и воспро