Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВ СЕВЕРНОГО КАЗАХСТАНА

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВ СЕВЕРНОГО КАЗАХСТАНА"

оЬШВр

На правах рукописи

АМЕРГУЖИН Хамит Айдарович

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВ СЕВЕРНОГО КАЗАХСТАНА

Специальность 06.01.03- агропочвоведение, агрофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Москва 2004

Диссертационная работа выполнена в Северо-западном научно-производственном центре Министерства сельского хозяйства Казахстана.

Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Савич В.И.

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Дурманов Д.Н.

доктор биологических наук, профессор Ганжара Н.Ф.

доктор сельскохозяйственных наук Еськов А.И.

Ведущее предприятие: Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им. Д.Н.Прянишникова

Защита состоится: гг

іл 2004 года в на заседании

Диссертационного совета Д.006.053.01 в Почвенном институте им. В,В. Докучаева РАСХН по адресу 119017 Москва Пыжевский пер. 7

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Почвенного Института им. В.В. Докучаева РАСХН

Автореферат разослан

2004 года

Ученый секретарь диссертационного совет* доктор сельскохозяйственных наук

Обшая характеристика работы

Актуальность темы

П связи с пятидесятилетием освоения целинных земель Казахстана, отдавая лань глубокого уважения исследователям почв этого региона, большую актуальность приобретает оценка достигнутой биопродуктивности угодий, состояния почвенного покрова Н ЭК0Л01 ического состояния данной территории.

Правильная агрожологическая характеристика почв и земель является не только важным фактором, определяющим эффективное налогообложение, но и эконом 1Г1 ееким рычагом оптимального природопользовани я, сохранения экологического равновесия, повышения плодородия почв и урожая сельскохозяйственных культур.

Однако неоправданно высокая доля пахотных площадей в отдельных районах Северного Казахстана, распашка территорий, где интенсивно развиваются процесс и засоления и осолоннсвання, привели к потере продуктивных пастбищ при низкой урожайности пшеницы на освоенных землях. Неоправданно высокая доля пшеницы в севооборотах и использование элементов монокультуры пшеницы вызвали развитие почвоутомления и уменьшение эффективности принятых систем земледелия. Укатанные процессы вызвали увеличение степени экологической напряженности ночв и земель.

В то же время, правильное использование почв с учетом экологических требований культур н использование элементов адздпивно-лаклшафтних систем земледелия приводят к резкому повышению биопродуктивности пахотных н кормовых угодий.

0 связи с изложенным, актуальной является разработка новых принципов лгроэкологической характеристики почв. В работе сделана попытка оценки качества почв Северного Казахстана на примере Костанайской области с учетом сложных взаимосвязей внешних факторов, свойств, процессов и режимов. Предложены новые теоретические основы агроэкологической характеристики почв, коюрые реализованы па степных (черноземных) почвах Северного Казахстана, наиболее пригодных для выращивания пшеницы. В соответствии с запросами практики, ахпенг сделан на оценку влияния на свойства почв почвоутомления под пшеницей, на особенности фосфатного состояния почв, как одного из факторов, в наибольшей степени лимитирующего урожай в данном регионе.

Цели !■ задачи исследования

Целью исследования является разработка новых принципов агроэкологи-1ескон характеристики почв Костанайской области с учетом факторов почвообразования, свойств, процессов и режимов почв, степени окультуривания и »градации почв, их эволюции, риска сельскохозяйственного использования.

114,' ^гХА

Конечной целью исследования является использование разработанных принципов при составлении агроэкологнчеекой группировки на примере почв Коста-найской области.

Задачами исследования являются:

1. Разработка алгоритма качественной харатсристики почв с учетом факторов почвообразования, процессов, протекающих в почвах, их эволюции, риска с/х использования.

2. Разработка принципов оценки дегралашш почв при несбалансированном применении минеральных удобрений и обеднении почв элементами питания.

3. Разработка методики оценки способности почв к восстановлению концентрации ионов в почвенном растворе при их отчуждении с урожаем. Оценка такой способности для почв области в отношении фосфатов.

4. Разработка методики комплексной оценки почвоутомления пол пшеницей. Оценка устойчивости почв к этому процессу.

5. Разработка методики расчета сводного показателя плодородия почв.

6. Ра1работка методики расчета сводного показателя экологической напряженности территорий; составление карш-схемм экологической напряженности Костанайской области.

7. Разработка методики расчета потенциально возможного урожая пшеницы не только с учетом ФАР и влагообееиечснпостн, но также с учетом лимитирующих факторов плодородия (структуры почвенкою покрова, почвоутомления, уровня оптимизации свойств почв).

8. Составление картосхем потенциально возможного урожая пшеницы на террнюрнн области с учетом плодородия )10<1в и факторов внешней среды.

Научна» новизна проведенных исследований

Нзучная новизна работы определяется разработкой новых алгоритмов агроэкологнчеекой характеристики почв н их реализацией на почвах Северного Казахстана.

1. В работе обосновывается, что наряду с функцией почв, как средства сельскохозяйственного производства, в настояшее время все большее значение приобретают другие экологические функции. Это определяет допустимый, с экологической точки зрения, предел площади пахотных земель, разработку систем земледелия с целью предотвращения развития эрозии, засоления, осолон-неаання,

2. Предлагается принцип агроэкологической оценки почв региона с использованием уравнений множественной регрессии зависимости агроэ кол отчески х функций почв от внешних факторов. Учитывается доля влияния факторов на формирование функций почв, эффекты синергизма и антагонизма взаи-

модействия между факторами.

3. Показано, -по деерадацня почв зависит от уровня деградации других компонентов экосистемы. Устойчивость к деградации одних функций (и свойств) почв зависит от деградации других функций (и свойств). При составлении карг экологической напряженности региона предлагается учитывать экологические функции литосферы.

4. Доказана относительность оптимума свойств почв в зависимости от сочетания климатических условий, выращиваемой культуры, сочетания свойств почв, процессов и режимов, уровня интенсификации производства. Показано, но оптимальное содержание подвижных фосфатов в почве увеличивается с утяжелением гранулометрического состава, с увеличением емкости поглощения почв, с увеличением количества поднижи ых RiOj, Са, M g; с уменьшением температуры, с уменьшением селективности корневых систем растений к HjTOi", с увеличением потребности культур в фосфатах, в разных интервалах неодинаково зависит от изменения plî, Eh, гумуснрованности, влажности почв

5. При опенке плодородия почв предлагается дополнительно ущипывать следуюнше параметры: иочиоутомлеиис под пшеницей, способность почв к поддержанию концентрации ионов в почвенном растворе при их отчуждении с урожаем. Показано, что почвоутомление в различной степени развивается под разними сортами пшеницы и на отдельных почвах; определенные copia пшеницы и почвы в неодинаковой степени устойчивы к почвоутомлению. Предложено оценивать почвоутомление по способности противостоять этому я ал ей ню, но количеству накопившихся токсичных продуктов, по затратам на восстановление утраченных функций почв. Показано, «по черноземы легкосуглинистого гранулометрического состава, но сравнению с глинистыми, более податливы развитию почвоутомления, но в них меньше накапливается токсичных веществ н лете восстанавливаются утраченные функции почв. Показано, что способность почв к поддержанию копнен траки и ионов в почвенном растворе при их отчуждении с урожаем позволяет оценить щюлолжитсльность периода, когда содержание подвижных форм элементов питания в почвах без применения удобрений держится примерно на одном уровне. Показано, что величина рас-смафивасмого показателя больше у почв более тяжелого гранулометрического состава. Солее окультуренных и удобренных.

6. Предложен модифицированный вариант оценки сводною показателя плодородия почв. Для обобщенной опенки плодородия почв предлагается использовать систему уравнений множественной регрессии с учетом эффектов синергизма и антагонизма взаимодействия между независимыми переменными. При этом независимые переменные X более высокого иерархического уровня являются сводными показателями Xi-Xn более низкого иерархического уровня

(пол X понимается степень оптимизации фактора от 0 до 1).

7. При расчете потенциально возможного урожая предложено учитывать не только ограничения по сумме ФАР и влагообеспсченности за вегетационный период, но и эти показатели в критические фазы разлития растений, а также коэффициент, учитывающий степень оптимизации свойств почв, коэффициенты, характеризующие смену внешних факторов во времени.

Прастмческая значимость

Практическая значимость полученных результатов определяется разработкой новых алгоритмов и методик агроэкологической характеристики и оценки иочв Северного Казахстана на примере Костанайской области, рекомендованных к апробации в Северо-Западном научно-производственном центре сельскою хозяйства Министерства сельского хозяйства республики Казахстан.

1. Получены новые оршинальные экспериментальные данные по почвам исследуемого региона, в том числе, по почвоутомлению пол пшеницей, по способности почв к поддержанию концентрации ионов в почвенном растворе при их отчуждении с урожаем, по биологической активности воздушных экзамета-болитов почв, по содержанию положительно и отрицательно заряженных соединений в почве, в растениях, в прикорневой зоне растений, по тепло о ым эффектам взаимодействия сорбатов с почвами, по биологической активности гидрофобных продуктов, выделенных из почв.

2. Показано, что оптимальное содержание подвижных фосфатов в исследуемых почвах при данном уровне интенсификации составляет 9-10 мг/100 г, установлено оглнчие черноземов легкого и тяжелою 1ранудометрического состава по параметрам сорбции и десорбции фосфатов в зависимости от рН, ионной силы раствора, наличия н растворе комнлексообразоватслсй. Оценено влияние севооборотов па отдельные параметры фосфатного режима исследуемых почв.

3. Показано, что при гипсовании исследуемых солонцов с увеличением дозы СаЭО^' 2Н;0, наряду с улучшением одних агрономически важных свойств почв, происходит ухудшение других свойств. Предлагается дополнительно рассчитывать необходимые дозы гипса с использованием биологических тестов.

4. По способности почв к поддержанию концентрации фосфатов в почвенном растворе при их отчуждении с урожаем рассчитана возможная продолжительность периодов применения стартовых доз фосфорных удобрений при их недостатке или низкой окупаемости.

5. Составлена карта-схема экологической напряженности территории области.

6. Составлены картосхемы для территории Костанайской области потен-

циально возможного урожая по ФАР, влагообеспеченкосгги, с учетом структуры почвенного покрова, с поправкой на почвоутомление под пшеницей. Предложены поправки на почвоутомление при опенке возможного урожая.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Предлагается комплексная агрозкологическая характеристика ночв Северного Казахстана на примере Косганайской области с учетом многофункциональности их использования.

2. При проведении такой характеристики предлагается использовать, в качестве дополнительных показателей: а) способность почв к поддержанию концентрации ионов в почвенном растворе при их отчуждении с урожаем; б) проявление почвоутомления; в) риск уменьшения урожайности при неблшкъ приятных климатических условиях. Разработаны теоретические основы определения, paciera и интерпретации данных.

3. Предлагаются новые алгоритмы расчета сводного показателя плодородия почв, опенки потенциально возможного урожая с/х культур с учетом уровня плодородия почв.

4. Обосновываскя относительность величин оптимальных показателен croiIctb ночв в зависимости от климатических условий, рН, НЬ, гранулометрического состава, ем кос m поглощения, сорбционных свойств корневых систем, гумус иро наш юсти, места культуры в севообороте. Предложен алгоритм вычисления ошимума подвижных форм элементов питания от указанных показателей.

5. Предлагается новый алгоритм расчета потешшалыю возможного урожая с/х культур не только но фотоенптетически активной радиации и влаго-обеспсчснносш за сезон, но и с учетом этих показателей в отдельные фазы развития растений, явлений синерппма и антагонизма взаимодействия между факторами.

ЛнроОанин работы. Материалы диссертации докладывались на 10 Всероссийских и международных конференциях: «Современные проблемы охраны земель», Киев, 1997; «Лизиметрические методы исследования почв», Москва, 1998; «Атропогенная деградация почвенного покрова и меры се предупреждения», М., 1998; «Международная научная конференция по деградации почв и опустыниванию», М, 1999; «Лизиметрические метода исследования в агрохимии, почвоведении, мелиорации и агроэкологии», Москва, Немчиновка, 1999; «Железо в почвах», Ярославль, 1999; «Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям», М,, 2002; «Деградация почвенного покрова и проблемы агроландшафтного земледелия», Ставрополь, 2001, на 2,3,4 съездах До* кучасвского общества почвоведов..

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 35 работ, в том

числе 5 монографий.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, глав, заключения и выводов. Работа изложена из страницах машинописного текста, содержит 120 таблиц, 46 рисунков и графиков. Список использованной литературы включает 562 наименования отечественных и зарубежных авторов.

Работа выполнялась с 1990 по 2003 год в НПО «Костанайсхое», ряд аналитических работ выполнен в МСХЛ им. К.Л.Тимирязева и в Почвенном институте им. В. В. Докучаева.

Автор благодарит за помощь в работе и ценные замечания, за возможность совместно!« работы над монографиями академика РАСХН Шишова Л.Л,, чл. корр. РЛСХН Карманова И.И., чл. корр. РЛСХН Сычева В.Г., проф. Каури-чева И.О., проф. Савича В.П., доктора с/х наук Булгакова Д.С., доктора с/х наук Чижнкову Н.П. Автор блатдэркг сотрудников Кустамайской и Львовской с/х опытных ыанций за прелостапленную возможность отбора образцов и использования их многолетних опытов для проведения почаенно-э коло гнческнх исследований.

Объекты н методы исследования '

Объектом исследования выбраны почвы КостанаЛской области Казахстана, ошосящисся-к Казахстан ско-Сибн рекой стспиой области (Лияеровскнй Ю.Л., 1974). В ней выделяется степная область, сухостепная и полупустынная и, частично, пустынная зоны. Количество осадков за теплый период соответственно составляет 250-225 мм; 225-175 мм; 175-125 мм и менее 125 мм (Клыкова З.Д.). Суммарная (прямая и рассеянная) солнечная радиация в килокалориях на 1см2 в июле месяце составляв! от 15 па севере области до 17 - на юге области (Алисов Б.П., Клыкова З.Д.). Сумма температур воздуха за период со средней суточной температурой выше »10° составляет по шроклимашческим районам ~ 2200-2400; 2400-2600; 2600-3000; более 3000°. В стенной оСлзста коэффициент увлажнения составляет 0,6; в зоне сухих степей - 0,4-0,35; в полупустынной зоне-0,35-0,20.

В соответствии с физико-гсографическим районированием (Воронина Л.Ф.), в пределах Костанайской области выделяются: лесостепная зона - подзона колочной лесостепи на черноземах обыкновенных, лугово-черноэемных почвах п солодях; степная зона с подзонами умеренно-засушливой степи на черноземах обыкновенных а засушливой степи на черноземах южных; сухо-степная зона с подзонами умеренно-сухой степи на темно-капгтановых почвах и сухой степи на каштановых почвах; полупустынная зона с подзоной пустынной степи на светло-каштановых почвах, пустынная зона северной пустыни на бурых почвах.

В геоморфологическом отношении исследуемая территория представляет собой слабоволнистую, плохо дренированную равнину с абсолютными высотами 150-200 м. На ее поверхности много западин, замкнутых понижений. Равнина слабо расчленена, зз исключением речных долин, Обширную территорию в пределах Казахстанско-Сибирской степной области занимает Центрально-Казахская складчатая страна. Денудационные равнины характеризуются наличием отдельных останновых сопок, іряд, чередующихся с почт плоскими равнинными участками (Николаев В.А.). Глубина расчленения рельефа составляет от 5 до 100 ы, увеличиваясь в долинах рек, на западе в районе Джетыгара и на юго-востоке у реки Аркалык (Николаевская Е.М.).

Наиболее распространенными почвообразующими породами на исследуемой территории являются поздние и средние четвертичные и палеоген-неогеновые отложения, представленные глинами, суглинкам» и лесками. С продвижением на юг и запад мощность рыхлых то:иц заметно уменьшается, а связи с близким залеганием к дневной поверхности цоколя древних порол представленных порфирами, гнейсами, кварцитами и другими метаморфическими породами, В целом, мощность четвертичных отложений небольшая и местами на поверхность выходя г несчано-гл инистые неогеновые толпш, часто засоленные. Денудационные равнины области сложены коренными породами и иокрілш маломощным щсбиисшм элювием или хряшеватым делювием эшх пород (Ннколаеп В.А.).

Значительное влияние на фор миро ванне почв и агроэкологияее ки г условия территории оказывают грунтовые волы. Глубина их залегания колеблется от 1 до 50 м, а степень минерализации от 1 до 50 г/литр. Наибольшая степень минерализации грунтовых вод характерна для сухостепной и полупустынной юн, а также для долины реки Убоган и восто'пюй части области. Для большей часіи территории, где выращивается пшеница, характерно наличие вод пестрой минерализации, преимущественно солоноватых с концентрацией от 1 до 3 г/л (Борисова М.С., Гринберг Ц.С., Митина Л.М., Чепурненко В.Л.).

Определенное влияние на почвообразование и агроэкапогические условия области оказывает и тектоника территории. Отчетливо проявляется наличие зон складчатости на северо-западе и юго-востоке области и глубинный разлом, протянувшийся с севера на юг (Централы ю-Ургайекий глубинный разлом) (Колчанов В.П.), В этих зонах отмечается высокая степень напряженности эко-лого-геологических условий, степень риска сельскохозяйственного использования почв.

Влияют на атроэкологические условия и геофизические поля Земли. Интенсивность магнитного поля составляет от -10 до т20 миллиэрстед, составляя для основной пахотной территории от -5 до -'■5 миллиэрстед, при магнитных

аномалиях в отдельных точках до -t-700 миллиэрстед (Бороздин С.И., Игошин

A.Ф., Кленчин H.H., Тычкова Т.В.).

Обшей особенностью растительного покрова равнин стенной зоны Северного Казахстана является сю сложная структура, связанная с развитием сочетаний и комплексов. В результате степная растительность сочетается с солончаке во-луговой и лугово-болотной. Состав растительности в сочетаниях меняется в зависимости от степени минерализации и состаза грунтовых вод.

Факторы почвообразования и почвы Костанайской области Казахстана охарактеризованы в работах Аханова Ж.У. (1997), Половшжого И.Л. (1984), Кирюшина В.И. (1972, 1976), Джанпенсова Р. (i960), ГлазовскоЙ МЛ. (1952), Дурасона А.М, (1958), Михайлнченко В.Н. (1979), Гвоздеикого НА, Николаева

B,А, (1971), Редкой В.В., Андреевой Н.П., Сулганбаева Е,Л. (1974) и др.

Особенностью почвенного покрова степной зоны Казахстана также является его сложная структура с развитием сочетаний и комплексов. Их образование определяется неоднородностью увлажнения по элементам мезо- и микрорельефа в условиях воздействия грунтовых вод рашоЙ степени минерализации.

Провинциальные черты почв и структуры почвенного покрова степной зоны Казахстанской поч вен ио-гсографич ее ко й области определяются сложным сочетанием факторов почвообразования, в том числе, меньшей увлажненностью ночв плакоров, чем в Еп)югейской части, резкой контипенталы(остью климата, менее благоприятным температурным режимом (Липеровский Ю.А., 1974). Черноземы обыкновенные и южные Костанайской области, по сравнению с европейскими аналогами, характеризуются укороченным профилем, мз-лой мощностью гумусового горизонта, языковатост^ю, трешнноватостью, относительно большей засоленностью, остаточной солонцеватостью, проявлением реликтовой лутоватости, отчетливым проявлением и повышенным залеганием карбонатного горизонта. В почвах каштановой зоны эти процессы выражены в большей степени.

Считается, что в прошлом в эволюции почв лесостепной зоны ведущая рать принадлежала изменению соотношения тепла и влаги, в эволюции почв аридных зон - изменению количества атмосферных осадков. В степях Северного Казахстана автоморфные черноземы эволюционировали в каштановые почвы. При этом почвам недрениропанных глинистых ландшафтов низменностей, в связи с колебаниями уровня грунтовых вод и их минерализации, свойственна гилроморфно-автоморфная эволюция. Почвы песчаных равнин с меньшей стойкостью к выдуванию характеризовались контрастной прерывистой дефляционной эволюцией с изменением почв от черноземных до пустынно-стенных. При мезоксероморфной эволюции ночв, в условиях нормального тренда в почвах изменялись гумусированность верхнего горизонта, характер его нижней

границы, солонцевато сть, глубина расположения солевых горизонтов, содержание и сегрегированность солей (Ливероеский Ю.Л,, 1974; Иванов И.В., Лу-ковская Т.С., 1997).

Основные исследования проведены на почвах Карабалыкской с/х опытной станции и Кустанайской с/х опытной стан они (степная зона), на почвах Львовской с/х опытной станции (сухостепная зона), как на типичных участках, имеющих наибольшее сельскохозяйственное значение при выращивании пшеницы, Изучены обыкновенные и южные черноземы глинистого н легкосуглинистого гранулометрического состава, темно-каштановые почвы и солонцы. Для исследования взяты 250 образцов почв, прикорневой зоны растений, корней, СТСблеЙ и листьев, зерна пшеницы сортов «Лютесценс», «Фиолетовозер-иая-5», «Омская-29», «Ом екая-18», «Казахстанская-25», «Казахстанская-19».

В pa6oie приведены почвенная карта области 1946 года (м-б 1:2500000) (Лобова Е.В.), кзрга 1%3 года (м-б 1:1500000) (Евстифсев Ю.Г.), почвенная картосхема 2001 года (м-б 1:500000), фрагменты крупномасштабных карг сортоиспытательных участков (м-б 1:25000), где заложены разрезы.

На территории Львовской с/х опытной станции наиболее распространенными иочвообразующими породами являются покровные лессовидные суппш-кц тяжелого гранулометрического состава. Грунтовые воды залегают па глубине 4-5 метров при минерализации 0,5-1,5 г/л. По химическому составу води преимущественно хлоридно-сульфзтные, магниево-натриевыс. На территории опытного ноля преобладают темно-каштановые почвы и черноземы южные карбонатные средлсмощнмс малогумусные.

На территории Кустанайской с/х опытной станции встречаются как черноземы легкого, так и тяжелого тра пуло метрического состава, часто развитые на среднссуглинистых отложениях, подстилаемых засоленными глинами. Уровень грунтовых вод па разных участках колеблется or 1,5 до 5 метров с минерализацией, в основном, до 1-1,5 г/л. На разных элементах рельефа встречаются гидрокарбонатные воды, пирокарбонатно-натриево-кальциевые и сульфат! io-пгггрневые; пшрокарбонатно-хлоридио-натриевые; пшрокарбонатно-натриевые с минерализацией до б г/л.

На территории Карабалыкской с/х опытной станции преобладают обыкновенные черноземы. Почвообразутощие породы представлены лессовидными тяжелыми суглинками и глинами с высоким содержанием иловато-пылевзтых частиц и карбонатов. Грунтовые волы представлены верховодкой на глубине 2,2-3 м с минерализацией 0,6-3,6 г/л. По химическому составу волы гидрокар-бонатно-нзтриево-калышевыс и сульфатно-натриево-магиневые, при низкой засоленности — гидрокарбонатные.

Методика исследования состояла в статистическом сопоставлении различных карт, характеризующих состояние земной поверхности, почв и растительности; в статистической обработке данных анализов ночв опытных станций; в углубленном анализе отобранных образцов почв и растений; в постановке модельных опытов.

Характеристика качества почв проведена с учетом комплекса климатических факторов, почвенных факторов, рельефа и литологии, предыстории развития почв и риска их с/х использования. При учете почвенных факторов предлагается углубленная характеристика свойств ночв (с учетом сорбшш, десорбции элементов, буферной емкости почв, проявления негативных свойств почв при обеднении почв элементами питания, почвоутомлении под пшеницей). Оценка проведена при использовании ШС-технолопш и по данным модельных опытов.

Качество почв характеризовалось по их свойствам, корректировалось с учеюч протекающих процессов и режимов, в том числе с учетом различных дсфалааионных изменений. Па следующем этапе уточнялись параметры оценки с учетом показателей фогосшгтетичеекн активной радиации, доступной влаги, в пределах допустимых показателей других факторов жизни растений.

При использовании Г~ИС проведено изучение изменения почка того покрова облзсти и биопродуктивпости угодий за 50 лет. Алгоритм опенки ночв состоял в вычислении уравнений множественной регрессии зависимости качества почв от совокупных показателей климатических условий, свойств, процессов и режимов почв, особенностей рельефа и литологии. В уравнениях учтены процессы антагонизма и синерппма взаимодействия внутри факторов, определяющих ценность почв, и между этими факторами; введены коэффициенты, учитывающие предысторию развития почв и риск их с/х использования.

Для характеристики почв изучены их валовой состав ре!гтге] юфлуорес-центным методом, химические, агрохимические, физико-химические, водно-физические свойства с использованием традиционных меюдов анализа. Определен минералогический состав почв с использованием термовесового и рент-геноструктурного анализов. Оценен биохимический состав растений пшеницы и ПК спектры на производственных посевах и посевах с развитием почвоутомления.

Из нетрадиционных методик в работе использованы следующие. На основе методики конкурирующего комплекеообразования (Савич В.И., 1984) определен фракционный состав фосфатов и поливалентных металлов. Методом химической автографии на основе электролиза (Савич В.И., Сычев В.Г., 2000) изучено содержание в почвах и растениях пшеницы содержание положительно и отрицательно заряженных соединений ионов. Для исследования свойств почв

в полевых условиях использовал также метод ионоселективных электродов (на Ма, Са, РЬ, Си), отбор проб почвенного воздуха н продуктов испарения из почв, меюд химической автографин на основе ионитовых мембран.

Из оригинальных вновь разработанных методик в работе использованы следующие. Для оценки буферных свойств почв к элементам питания оценено изменение содержания подвижных форм элементов питания при компостировании образцов почв с различным количеством КРК для разных видов удобрении по предложенной методике. Оценка сорбционных свойств почв приведена также по тепловым эффектам реакции сорбции почвами удобрений, мелиорантов, водорастворимых органических соединений, растительных остатков, полярных и неполярных растворителей по предложенной методике. Оценка негативного действия на почву почвоутомления проведена в модельных экспериментах и по сравнительному анализу почв контроля и находящихся под бессменным выращиванием пшеншш более 10 лет но предложенным методикам.

При оценке подвижности элементов питания в почвах определены их сорбция и десорбция с учетом кинетики для разных концентраций сорбата и де-сорбета; для различных фиксированных значений рН, комплексообразуюшсй способности раствора. Предложена методика оценки способности ночв к поддержанию концоггранин ионов в почвенном растворе при их отчуждении с урожаем. Предложена методика опенки негативного действия солоннева1 ости почв с использованием биотестов.

При расчете сводного показателя плодородия почв предложены оригинальные алгоритмы расчета.

С использованием ГИС-техпологий на основе карт геоморфологии, литологии, климатических условий, эродированное™, почвенного покрова, тектонической карты, карты магнитных полей, распгтельносш составлены картосхемы агроэкологической характеристики ночв Костанайской области, карто-схсмы потенциально возможного урожая пшеницы по ФАР, плагообссп ечешгости с учетом структуры почвенного покрова, почвоутомления.

Все данные обработаны методами вариационной статистики. Принятый уровень вероятности Р-0,95.

Экспериментальна и часть

Агроэкологическая характеристика почв и земель и их группировка предполагает ранжирование земель по характеру природных ограничений пригодное ш для использования и способам их преодоления. При этом учитываются агробиологические, геоморфологические, лнтологические, гидрогеологические показатели и показатели структуры почвенного покрова почв. Из свойств ночв учитываются, в первую очередь, не регулируемые и ограниченно регулируемые. С нашей точки зрения, к таким относятся гранулометрический, минерало-

гичесюгії и валовой химический состав почв, гумусовое состояние и для изучаемой зоны - фосфатное состояние ночв. В то же время, агроэ ко логическая характеристика ночв определяется протекающими в них процессами и режимами.

I. Вещественный состав и свойства исследуемых ночв. как критерий их агрономической и экологической характеристики

1,1. Гранулометрический и минералогический состав исследуемых почв, их физико-химические свойства

Особенностью гранулометрического состава исследуемых почв Львовской сельскохозяйственной станции яшіяетея повышенная насыщенность профиля пылеватыми частинами, выдувание тонких фракций с поверхности почв. Для глинистых черноземов Костанайской с/к опытной станции характерно содержание частиц менее 0,01 мм в слое 0-10 и нижних горизонтах соответственно 56,0±3,0 и 51,9±1,9 процента. Для легкосуглшшстых черноземов этого опытного участка содержание частиц менее 0,01 мм соответственно 18,6¿2,3 и 17,5±2,1 процента. Во всех исследуемых почвах происходит некоторое накопление пссчаной фракции в верхнем слое, что связано с развитием дефляции (таблица 1).

Валовой химический состав почв тяжелого гранулометрического состава отличается от валового состава почв легкої« гранулометрического состава значительно большим содержанием цинка, никеля, марганца, хрома, железа.

Таблица 1

Содержание песчаных частиц и илистой фракции в исследуемых почвах

Района, почва Горн- Размер частиц в мм н и* содержание в %

Зонт 1,0-0,25 менее 0.001

Кустаиайская с/х станция Ап 7,9+0,9 31,9+0.8

чернозем т/с Вс 8,6*1,1 32.3±1,1

чернозем л'с, ЮЖНЫЙ Ли 40,¡±3,1 6.ІІ2.7

Вс 33,0^5,5 7,б±1.2

Львовская с/>с станция Ли 13,9*2.1 21,8±2,5

чернозем южный Вс ll.lt!,4 Э5Л±1,7

темно-каштановая почва Ли 8,711,5 22,712,0

Вс 7,9*0,7 36.411.4

солонец Ап 16.Ш.6 16,4*1,8

Б іию.з 39,5і 1Д

Карабалыкская с/х станция Ап 7,іі0,7 23.6г1,б

чернозем обы (шовен н ы Й К 7,5±0.7 37.3*1,8

Валовой химический состав почв Львовской опытной станции отличается от валового состава почв Кустанайской опытной станции также значительно большим содержанием указанных элементов: 2л соответственно 63,5=2,4 и 54,9±4,0 мг/кг; № - 64,5±4,9 и 39,4±2,4; Мл - 725±58 и 206±32; Сг - 143,0*17,0 и 86,0±4,0 мг/кг; Бе - 3,3*0,1 и 2,6±0.1%. Содержание обменных катионов в исследуемых почвах приведено в таблицах 2,3.

Таблица 2

Состав обменных катионов в исследуемых почвах

Район Гори- "Л ОТ СУММЫ

зонт Са Мй N3 К

Черноземы;

Кустанайская с/х станция Ап 70,6±2,5 26,012,6 1,5±0,3 1,710,3

ВС 49,0±10,0 39,9=9,5 9,9±1,5 1,010,0

Кврабалы кокая с/х станция Ли 72,5±1,4 25,5±1,5 0,8:0,03 1,410,5

ВС 53,0±3,5 46,913,6 0,9±0,07 0,410,3

Лыювская с/к станция Ап 73,5*1,5 19,7*5,9 0,6*0,1 1,01:0,2

ВС 50,0+4,8 46,1*3,5 2.7К1.7 0,бЮ,1

каштановые:

Льюеская с/х станция Ап 70,1±5,6 27,615,1 1,410,2 0,910,1

1)с 47,9±5,1 46,1 ±3.5 5,5=! ,5 0.310.1

Таблица 3

Емкость поглощения и содержание натрия в солонцах опытного

участка Львовской с/х станции, .V ± ш

11оч еы Емкость поглощения мг-Эк в/100 Г Кв. ммкв/ЮОг

солонин степные. Ал 0-10 20,512,6 2,010.3

10-20 30,911,9 4,811,0

В, 26.212.2 4,4*0,5

солонцы .яугово-степные Ап 0-10 23,210,£ 4,610,2

10-20 23,512,7 6,5±0,5

В[ 26,7±3,9 9,011,2

Вг 25,б±2,5 4,512.1

Особенностью исследуемых почв является узкое отношение поглощенных Са:?^, накопление кальция и калия в верхних горизонтах, а магния и натрия - в нижних. Физико-химические процессы, протекающие в рассматриваемых почвах, рассматривались Байменовой Л, Т. (1983), Мамуговым Ж,У. (1993), Боровским В.М., Соколенко Э.А. (1981), Воробьевой Л.А. (1986), Понизовским

А.Л., Пинским Д.Л., Воробьевой Л.Л. (1986). Сумма поглощенных оснований составляет в черноземных почвах Львовской опытной станции 37-38 мг-экв/100 г почв в тяжелосуглинистых черноземах до 31-32 - в среднесуглин истых; содержание гумуса в Ап - 4,8%, В темно-каштановых почвах эти величины соответственно равны: сумма поглощенных оснований - 32-37 мг-экв/100 г, гумус -3,2-4,75,

В черноземах Кустанайской с/х опытной станции сумма поглощенных оснований в тяжелосуглинистых черноземах 30-50 мг-экв/100 г почв. В легкосуглинистых - 25-20; содержание гумуса 3,5-4,5Го, рН=7,4-6,8. В черноземах Карабалыкской опытной станции сумма поглощенных оснований равна 36-37 мг-экв/100 г почв; 1-умус = 6,3%, рН+6,9. Все исследуемые почвы характеризуются незначительным потенциальным запасом фосфатов и хорошим потенциальным запасом калия,

Опенка минералогического состава почв области детально рассмотрена в работах Полузерова Н.Л., Султан баева Е,А„ Лссннга И,Л, и др. (1978), Султан-басва [¿.А. (1987,1992); для близких но условиям регионов в работах Градусова Б.П. (1976), Чижиковой Н.Б., Хитрова Н.П, (1992) н др. Султанбаев Е,Л. (1992) отмечает, что для черноземов южных, темно-каштановых и каштановых почв СсвероКазахстанской равнины характерна гилрослюда-хлорит-каолинит о вая ассоциация минералов, а для Казахского мелкосопочника-гилрослюда-хлорит-каолиннтовэя ассоциация с участием смектита и смешанно-слоГшых минералов. Содержание вторичных минералов в исследуемых почвах приведено в табл. 4.

Таблица 4

Содержание вторичных минералов в исследуемых почвах

Почва Ил, %

каолинит гидрослюда смектіїт

со.-.окец Р-2 Ап 23,9 7,2 10,7 0,0

чернозем южный д'с, Р-] Ал 10,0 0,7 8,9 0,4

АВ 18,4 2,9 12.3 3,1

Ві 14,1 1,0 2.0 П.1

вг 11,3 0,2 0,3 10,7

черноэем южный т/с, Р-3 Ап 28,5 4.6 17,7 6,3

АВ 21,3 3.2 13.8 4,3

В, 24,6 1.0 1,0 22,6

В, 26,9 1,6 1,9 23,9

В) 29,0 5,9 10,1 13,6

По полученным нами данным, минералогический состав ила черноземов

легкого гранулометрического состава характеризуется содержанием каолинита 0,2-2,9%, гидрослюд 03-12,3%, смектнта- 0,4-11,1% при содержании ила 10,018,4%. При этом содержание ила увеличено в горизонте ЛВ, содержание каолинита и гидрослюд также резко увеличено в горизонте ЛВ и минимально в горизонте содержание смекіита увеличено в горизонтах Ві н В;. Минералогический состав ила черноземов глинистого гранулометрического состава характеризуется содержанием каолинита 1,0-5,9%, гидрослюд - 1,0-17,7%, смектнта - 4,3-23,9% при содержании ила 21,3-29,0%. При этом, содержание ила существенно по профилю не меняется. Содержание каолинита и гилрослюд минимально в горизонте Ві, в то время, как содержание смектнта в атом горизонте максимально, В иле солонш содержание каолинита, гилрослюд и смекппа соответственно равно 7,2; 16,7 нО%нрн содержании ила 23,9%.

Таким образом, вещественный состав исследуемых почв, с агрономической точки зрения, харакіеризует достаточно высокую емкость поглощения, буферное! ь и гумусированпості, черноземных почв при снижении ее к каштановым, близкую оптимальной величину рН при подщелачивай и и в солонцовых почвах, чаше хорошую обеспеченность почв калием и низкую - фосфором. Нижние горизонты "почв обладают повышенной далей обменных натрия и магии».

Минералогический состав стенных почв свидетельствует о склонности их сорбшюпных мест к нігфзмішсллярному поглощению и набухаїпію. Нижние горизонт почв и почвы при близком залегатши грунтовых вод засолены. От-ршшельным, с агрономической точки зрения, является повсеместное проявление комплексности почвенного покрова при значительном проявлении контрастности и сложности и доле солонцов в структуре почвенного покрова ог 10 до 50%.

С экологической точки зрения, для исследуемых почв характерно локальное развитие эрозии, засоления, осолоипевания. В стенной зоне это соответствует при тяжелом гранулометрическом составе почв и близком залегании грунтовых вод развитию временного анаэробиозиса, де гумификации. В сухо-ступной, полупустынной и пустынной зонах на почвах более легкого гранулометрического состава интенсивно развивается ветровая эрозия, осопонцевание, де гумификация. При этом происходит постепенное обеднение и деградация эрозионных ландшафтов и обогащение токсичными элементами аккумулятивных ландшафтов и водоемов.

1.2. Особенности ФосфгуРІРГ0 состояния исследуемых почв как критерий их апктологической характеристики

Фосфатное состояние почв в значительной степени определяет их плодородие, урожаи сельскохозяйственных культур, риск сельскохозяйственного не-

пользования и экологическое состояние почв. Фосфатное состояние почв рассмотрено в ряде фундаментальных работ Гинсбург К.Е, (1981), Чирикова В.Ф. (1956), Ониани О.Г. (1991), Касицкот Л.Ю. (1983) и др. Для почв области такие исследования проведены Елешевым Р.Е. (1984), Елешевым Р.Е. и Ивановым А.Л. (1990), Кирюшиным В.И. (2003), Хамзиным М.С. (1992), Крутиковым Л.И. (1993), Шинкаренко О.В, (1992). В Костанаиекой области низкую степень обеспеченности почв фосфором имеют более 55% пашни, при этом до 10% площадей имеют повышенную степень обеспеченности. Оптимальное содержание подвижных фосфатов в почвах составляет от 8 до 15 мг/100 г, а достаточная доза Р^Оз для получения планируемых при данном уровне интенсификации урожаев пшеницы-40-80 кт д. в-ва па 1 га.

Для оценки плодородия почв недостаточно определение фосфатов в одной из вытяжек. Предлагается комплексное определение содержания подвижных фосфатов в зависимости от рН среды и концентрации десорбента, с учетом сорбции (¡юс^тов, буферностн почв, по отношенню к фосфатам, способности почв к поддержанию концентрации фосфатов в почвенном растворе при их отчуждении с урожаем.

В работе оценено содержание в исследуемых почвах положительно (0,1710,02) и отрицательно заряженных (0,2510,02 .мг/л) соединений фосфатов, а также связанных с ними катионов Са, Мп, Ре, Си, 2п. В почвах преобладали отрицательно заряженные соединения железа 3,5Ю,5 мг/л, по сравнению с положительно заряженными 0,4-10,2 мг/л, но в то же время была выше доля положительно заряженных соединений кальция (Са!/* - 12,5 ±0,9; Са!/1" - 9,4*1,4 мг/л), выше доля положительно заряженных соединений магния (МбЬ"* -9.5 ±0,5; М^Ь1* - 4,7Ю,б мг/л).

1Ьучение сорбции фосфатов почвами в зависимости от концентрации сорбата и времени взаимодействия показало, что для легкосуглннистых черноземов, по сравнению с тяжслосуглинистыми, была характерна большая величина рыхлое вязанных фосфатов. Для тя желосуглин исты х черноземов был характерен больший тепловой эффект взаимодействия фосфатов с твердой фазой почв. В модельных экспериментах для изменения содержания подвижных фосфатов на 1 мг на 100 г почв требовалось внести 60-100 кг д. в-ва Р^О* в зависимости от гранулометрического состава. Показано, что зависимость подвижности фосфатов в почвах от рН, ионной силы и времени взаимодействия почвы с лесорбентом является для разных групп изучаемых почв характеристической. Величина буферных свойств изучаемых почв в отношении фосфатов зависела ог состава удобрений, их доз, влажности, температуры, продолжительности реакции.

Комплексная оценка некоторых показателей фосфатного состояния ис-

следуемых почв приведена в таблице 5.

Для легкосуглинистого чернозема, по сравнению с тяжелосуглинистым, характерна большая величина рыхлосвязаииых соединений фосфатов, больше разнокачественность сорбционных мест и медленнее скорость вытеснения для рыхл освяз агатах соединений фосфатов. В то же время, в тяжелосуглииистых черноземах, по сравнению с легкосуглинистыми, больше тепловой эффект сорбции, отмечается более быстрая сорбция и большая возобновляющая способность почв.

Таблица 5

Взаимосвязь отдельных параметров фосфатного состояния изучаемых

почв

Изучаемый параметр Значения параметров

ЧСрН01вМ л/с, 1 чернозем т/с

Дп В, Ап

вытеснение КС I 0,01-0,1 н;р!1-2-4 1,0+0,1 0,8±0,1 0,610,1

содержание рых.1освя)а1ших фосфатов

0,01 н КС) рН=4 0,7 0,6 0,4

разность гытеснення фосфатов

0,01-1,0 и КС1, время-60 млн. 0,13 0,10 0,0-1

разность вытеснения фосфатов 1,0н КС1

I-60 МИН -1 МШ1. 0,79 0,35 0,30

разность вытеснения фосфатов

КС1-ЭДТД 0.54 0,37 0,22

24 чгса-5 минут

разность сорбции фосфатов 101 м.'л 0,33 0,10 0,09

24 часа и 5 минут 8.7

тепловой эффект сорбшш КИзРО», кал/г

воюбновдяюшм способность почв к

КН^РОл; разнит в концентрации при -0,20 -0,14 -0,12

десорбции 200 мл и 50 мл КС1

разница при десорбшш 1,0и0,01 нКС1 -•-0,15 + 0,20 + 0,23

200 мл

Проведен регрессионный анализ зависимости урожайности пшеницы от содержания подвижных фосфатов и влагообеспеченности. Составлены уравнения регрессии и вычерчены 3-х координатные графики. Было установлено, что урожайность уменьшилась как при слишком низком, так и при слишком высоком содержании фосфатов для данных климатических условий и уровня интенсификации производства. Оптимальным является содержание подвижных фосфатов 10-12 мг/100 г почвы, при увеличении показателя для пшеницы, следую-

щей не первой, а второй культурой после пара. Статистическая обрабогка литературных данных показала, что оптимальное содержание фосфатов, как и высокое содержание гумуса, уменьшают риск паления урожайности прн засухе.

Í 3 Особенности некоторых параметров гумусового состояния нссдеду-емых ночв, как критерий их агробиологической характеристики

Содержание гумуса в почвах в значительной степени определяет их плодородие и биопродуктивность. Это влияние зависит от проявления функциональных свойств гумусовых соединении — сорбционной емкости, комплсксооб-разуюшей способности, влаюемкости, структурообразующей способности, протекторной функции, содержания элементов питания и энергии. В большей степени такое влияние проявляется в экстремальных условиях; при засухе, осо-лонневанин, засален и и, загрязнении почв. При этом, для определенных почв наиболее важны и определенные функции органического вещества.

Для Казахстана средневзвешенное содержание гумуса составляет 3,2% при содержании 1умуса менее 2% на 23% обследованной нлошадн (Державин Л.М., 1991). Поданным ЦИНЛО, средневзвешенная [умусированностьтяжсло-суглннисгых, суглинистых, лыкосуглшшстых и супесчаных почв составляла для черноземов соответственно 6,7; 5,7; 2,8%; для каштановых почв - 2,5; 2,0 и 1,6%. .Для исследуемых объектов средневзвешенное содержание гумуса составляло в черноземах типичных 5,3?ó; в обыкновенных — 4,5%; в карбонатных — 3,7%; в южных — 3,3%; в тс mi ю-каштановых, каштановых и светло-каштановых почвах соответственно 2,7; 2,0 и 1,8%.

Изучению гумусового состояния почв исследуемого региона за последние годы посвящены рабогы Кнрюшина H.H., Лебедевой H.H. (1972), Рычагопой Л.Ф. (1994), Шилова H.H. и Шиловой М.П. (1992), Ибраевой М.Л. (2003) и других,

В проведенных нами исследованиях проведена магматическая обрабогка данных гумусового состояния почв сортоиспытательных станций, оценено изменение содержания гумуса за последние 10-20 лет. По полученным данным, содержание гумуса в южном черноземе Кустанайской с/х станшш составляло для тяжслосуглинистых разновидностей в слое 0-10 и 40-50 см соответственно 4,8Ю,2 к 2,010,2; для легкосутлинистых разновидностей 3,4i0,2 и I,3iO,3%. Для пахотного слоя южных черноземов Львовской опытной станции содержание гумуса составляло для указанных горизонтов Ли и В( соответственно 4,4±0,1 и 2,710,3%; для темно-каштановых почв - 3,8*0,5 к 2,910,6%. Для тя-желосуглин истых черноземов Карабалыкской опытной станции содержание гумуса в указанных горизонтах составляло 6,2¿0,2 и 3,5±0,3%; для лугово-черноземных почв - 5,4±0,1 и 3,7Ю,3%. Отношение углерода к азоту в большинстве почв равнялось 9-12 с увеличением tía пашне, по сравнению с нели-

мой, и б верхних горизонтах, по сравнению с нижними. При статистической обработке данных анализов почв сортоиспытательных станций установлено уменьшение гумусированности пахотных почв за 10-летний период.

Проведенными исследованиями установлено положительное влияние увеличения степени гумусированности на содержание подвижных форм элементов питания в почвах. Так, например, в темпо-каштановых карбонатных почвах Львовской опытной станции при содержании гумуса менее 2% (п - 30) содержание подвижных фосфатов, калия, марганца составляло 22,&ь2,0; 555,9±24,0 и 19.7Ю,8 мг/кг, а при содержании гумуса более 2% (п = 52) соответственно 2б,2±9,3; 703,01-21,1 и 20,2±0,8м г/кг. Аналогичные зависимости установлены для полевых и кормовых севооборотов. С увеличением содержания гумуса увеличивалась емкость поглощения почв, доля кальция в ГШ К. по сравнению с магнием, и калия, по сравнению с натрием. Так, например, в черноземах обыкновенных Карабалыкской опытной станции при содержании гумуса 67% отношение поглощенных кальция к магнию и калия к натрию равно 2,6-3,8 и 1,3-2,5, а при содержании О'муса 2А%-1,0-2,3 и 0,4-0,7.

11 работе показано, что влияние органических веществ на систему почва-растснис не ограничивается влиянием на нес общего содержания гум>са в почве. Большое значение имеют подвижные формы органического вещества, воздушные эванораш почв, гидрофобные оргтшнческие продукты почв, органические остатки растений. В работе впервые из>чено влияние на биотссты органических соединений почв, выделяемых в воздух в полевых условиях, При высокой температуре, в условиях компостирования почв при оптимальной и избыточной влажности. Оценено влияние на бногесгы гидрофобных органических соединений, выделяемых из них нсноляриыми растворителями. Оценено влияние воздушных выделений почв и гидрофобных продуктов на прорастание семян и развитие проростков разных сортов шненины, па сорбционные свойства ночв по отношению к воде. Оценен тепловой эффект сорбции почвами органических соединений.

При опенке влияния на сорбционные свойства почв соломы пшеницы установлено, что компостирование почв с органическими остатками привело к менее прочному закреплешно в почвах фосфатов, к значительному увеличению подвижности железа и марганца. В то же время, действие остатков растений на подвижность разных катионов было неодинаково. Оно отличалось для почв разного гранулометрического состава и отдельных горизонтов.

Таким образом, влияние органического вещества на систему почва-растение, плодородие и ценность почв не может быть полно охарактеризовано только по содержанию в почве общего гумуса. Значительное влияние на плодородие почв оказывают растительные остатки растений, подвижные формы ор-

тонического вешества, в том числе положительно и отрицательно заряженные соединения, воздушные эванорагы и гидрофобные органические продукты. В работе предложены алгоритмы оценки влияния отдельных функциональных свойств гумуса на плодородие, вычерчены куполы отклика зависимости свойств исследуемых почв от содержания гумуса и факторов внешней среды, глубины залегания горизонтов,

[ 4, Биологические тесты как критерий уровня плодородия почв Достоверную информацию о качестве почв, как средства сельскохозяйственного производства, дают биологические тесты.

Для оценки плодородия почв и уровня их деградации предлагается использовать следующие биологические тесты: содержание положительно и отрицательно заряженных соединений в растениях, изменение подвижности элементов в прикорневой зоне растений, по сравнению с остальной массой почвы, прорастание семян па исследуемых почвах, вытяжках нз них; прорастание семян под влияние воздушных экзаметаболигов почв, состояние растений в течение и в коние вегетации, урожайность.

Применение биологических тестов позволило установить, чю не только для разных видов, но и сортов культур оптимальны определенные почвы. Худшее развише растений отмечается на почвах с развитием почвоутомления и для пшенины сорта «Рубин». Сорт «Омская-18» более адаптирован к тяжелому гранулометрическому cocjaey, но сравнению с сортом «Фиолетовозерная-5».

В лабораторных исследованиях показано, что растсния изменяют свойства почв, на которых они выращиваются. Таким образом, плодородие почв и их ценность после выращивания различных культур меняются.

Биологические тесты являются полезным дополнительным критерием уровня плодородия почв, целесообразности планируемых доз удобрений и мелиорантов. Так, например, в проведенных исследованиях на черноземных стенных солонцах показано, что для оценки потребности почв в гипсовании, эффективности этого приема необходимо определение комплекса показателей агрохимических, физических, физико-химических свойств почв, их бионродуктив-ности. С увеличением до<з гипса происходило улучшение, с агрономической точки зрения, одних показателей и ухудшение других.

Суспензионный эффект но Na в определенной степени свидетельствовал об ею прочности связи с ППК. Активность ионов натрия в суспензии была выше, чем в фильтрате. При гипсовании в лозе 4 т/га CaSCU величина суспензионного эффекта уменьшалась на 2,2±0,3%, а при внесении 10 т/га гипса возрастала на 3,941,7%, по сравнению с контролем. Теплота взаимодействия почв с гипсом свидетельствует о ненасыщенности почв натрием. Чем больше этот тепловой эффект, тем больше почва нуждается в гипсовании. Для черноземов эта ве-

личина была равна 0,7 кал/г, для солонцеватых черноземов — 3,7; для мелиорированного солонца - 0,5. Гипсование почв привело к существенным изменениям комплексообразующей способности почвенного раствора к С а, к изменению подвижности Fe, Мл, Си, Zn, Р, К.

При использовании биологических тестов, идентифицирующих потребность почв в гипсовании и его эффект, учитывали прорастание семян пшеницы и кресс-салата, развитие 1гроростков, транспирайию их листьев, содержание в растениях положительно и отрицательно заряженных соединений катионов, активность хлоропластов и активность фотосинтеза.

По полученным данным, гипсование солонцов на производстве в дозе 7 т/га привело к улучшению развития проростков пшеншш. Однако, повторное гипсование не дало положительных результатов. При этом, эффективность действия гинса на разные сорта пшеницы была неодинакова. Для сорта «Омская-18» и «Казахстанекая-23» i ипсование улучшило развитие растений, для сорта «Фнолетовозсрная-5» - пс повлияло. Гипсование повлияло и на транспирацию листьев растений. Увеличение дат натрия в растворе приводило к уменьшению транспирации волы из проростков.

В растениях, развивающихся на солонцеватых почвах, по сравнению с не солонцеватыми, п стеблях по отношению к корням происходило более зачетное накопление отрицательно заряженных комплексных соединений К, Fe, Mg, Mn, что свидетельствует о более активном вовлечении их в процессы метаболизма. Уровень оптимизации свойств почв хорошо идентифицировался по активности фотосинтеза проростков и активности их хлоропласте в,

В'сзязи с вышеизложенным, необходимые лозы гипса рекомендуется рассчитывать но графику, где «о горизонтали отложены лозы m пса в модельном опыте, а но вертикали - измененные при атом физико-химические, агрохимические, биологические показатели почв, биопродукти вность, Оптимум дозы находится, как экстремум, в отимнзации свойств почв, наиболее значимых в формировании плодородия исследуемой почвы или для поставленных целей.

Наиболее интегральным биологическим тестом, характеризующим плодородие почв, является урожайность сельскохозяйственных культур. По урожайности в течение ряда лет предлагается оценивать: 1) качество почв в данный период; 2) риск падения урожайности при ухудшении климатических условий; 3) дополнительный резерв повышения урожайности при оптимизации климатических условий. Такая оценка для основных районов Костанайской области приведена в таблице.

Таблица б

Урожайность зерновых культур в Коеганайскон области за 1990-2002 г,г., как фактор оценки плодородия почв, и/га__

Год Косгакай- Костанайский РГКП Карабалыкская Львовская опыт*

ская область район Заречное опытная сгакиия кая станция

1. Оценка качества почв по урожайности

X 1 i от мах 10,8 45,2 13,7 57,3 23,9 100,0 18.6 77.8 11,7 48,9

2. Риск паления урожайности от клиыапиесьих vc-ioeiiii

1993 4,0 4.9 12,5 7,0 4,0

риск ° о (потери) от Л' 63.0 64,2 47,7 62,4 65,8

3. Резерв повышения урожайности от климатических vc-ювнЯ

1992 _ %at Л' 16,5 52,8 20.5 49.6 23,5 1,7 23,5 26.3 -

ГОД Mix ) рожая урожай Кат X 1999 1999 2001 1997 199-1

16,9 20,5 41.7 24,5 18,2

56,5 49,6 74.5 31,7 55,6

Как видно из представленных данных, больше урожайность в хозяйстве «Заречное» на черноземах более ле1 кою iрануломеггричсского состава и окультуренных. На лучших почвах меньше риск потери урожайности 1фи неблагоприятных климатических условиях, но меньше и дополнительно резерв повышения урожайности при оптимизации климатических условии. 1,5. Оптимальные значения параметров плодородия почв Модели плодородия почв различных почвенпо-кл и магических зон детально рассмотрены в работах Почвенного института им. BJ3. Докучаева (Ши-шов Л Л., Карманов И. И., Дурманов Д.Н., 1987; Булгаков Д.С., 1989, Карманов И.И., 1980; К аил ан о в А.Н., 1998 и др.). Для исследуемой территории отдельные параметры моделей плодородия почв установлены Брушковым Л.И, (1992, 1994), Гилевичем С.И. и др. (1988, 1994). Етешевым P.E., Ивановым А.Л. (1990), Кирюшиным В,И. 1970, 2003) и другими.

В работе показано, что любые оггтмумы свойств почв являются относительными, а не абсолютными величинами, определенными лимитами. Отрицательное влияние оказывает как недостаток, так и избыток определенного фактора. Эти лимиты зависят как от сочетшшя внешних факторов, так и от свойств почв, экологических требований произрастающих культур. Зависимость биопродуктивности от свойств почв и погодных условий удовлетворительно описывается уравнениями линейной множественной регрессии.

Согласно полученным данным, значение оптимума любого показателя возрастает при наличии факторов, уменьшающих его подвижность в почве и

т>

его поступление в растения. Так, например, оптимальное содержание подвижных фосфатов в исследуемых почвах возрастает при уменьшении температуры почв, особенно ниже 10°, лрн увеличении емкости почв по отношению к (¡юсфа-там, при увеличении прочности связи фосфатов с твердой фазой почвы и при уменьшении скорости их перехода из твердой фазы в раствор, при уменьшении способности почв к поддержанию концентрации фосфатов в почвенном растворе на определенном уровне при их отчуждении с урожаем. Это соответствует увеличению содержания в почвах физической глины и илистой фракции, доли минералов типа 2:2; 2; I; при подшелачивании среды, при уменьшении степени 1умусированности,

В то же время, увеличение оптимальных уровней содержания подвижных фосфатов в почвах отмечается при уменьшении селективности к ним корневых систем выращиваемых растений, при увеличении темпов их поглощения растениями, По полученным данным, оптимальные параметры всех свойств почв зависят от сочетания других свойств, и в определенных пределах, одни свойства почв могут выполнять функции других свойств почв. С учетом полученных экспериментальных данных, по агрохимическим, химическим, физико-химическим свойствам почв исследуемых сельскохозяйственных опытных стзнпий, составлены уравнения взаимодействий изучаемых свойств почв. 11, Почвенные][£о1 Црежимы, какк-ритепнр дгр^чкологической

характеристику рочв Плодородие почв и их ценность зависят не только ог свойств, но также от процессов и режимов почв, от предыстории их развития и дальнейшей эволюции. При этом, большое значение имеют как естественные почвообразовательные процессы, так и процессы, протекающие в почвах сельскохозяйственного использования (трансформация вещества и энерти, деградацпонные процессы).

В работе предлагается учитывать влияние протекающих в почве процессов па плодородие с использованием уравнений множественной регрессии при учете взаимовлияния процессов на плодородие по тину синергизма и антагонизма. Степень оптимизации свойств почв и процессов дается в кодированных переменных от 0 до ±1,

Сопоставление почвенных карт 1946 и 2000 годов позволило установить тенденции развития на данной территории процессов засоления, осолониева-пня, опустынивания, дегумификации, развития водной и ветровой эрозии. Математический анализ данных динамики свойств почв опытных станций позволил установить тенденции изменения при сельскохозяйственном использовании 1умусированностн пахотных площадей и обеспеченности их подвижными формами элементов питания.

В работе предлагаются новые параметры и методы оценки некоторых процессов, протекающих в пахотных почвах: I) почвоутомления под пшеницей; 2) способности почв к поддержанию концентрации ионов в почвенном растворе 1/ри их отчуждении с урожаем.

Из почвообразовательных процессов увеличивает плодородие почв гуму-сообразование и уменьшают - засоление, осолонцевание. Важным процессом, вызывающим уменьшение плодородия пахотных почв является развитие водной и ветровой эрозии. Для исследуемого региона влияние эрозии на плодородие почв и урожай с/х культур рассмогрено в работах Бельгнбаева МБ. (1970), Булгакова Д.С. (1976), Двуреченского В.И. (1994), Кирюшина В.И. (1990), Ку-дашевой Л,М. (1993), Танатовой И.С. (1988), Тдеуова С.С, (1982) и других. Согласно карте эрозии Косганайской области (Джанпеисов Р.Д., Николаев В.А.) на территории области проявляются процессы как водной, так и ветровой эрозии. Чрезвычайно сильная эрозия проявляется, в основном, западнее Кушмуру-на, на юте области около реки Тургай, западнее п. Аксуат. Сильная водная эрозия при доле эродированных почв более 50% отмечается как вдоль разлома, идущего с севера на юг, так и в некоторых участках в районе Джетыгара, ссвс-ро-запаансе оз. Сарытон.

В исследуемых районах большее значение имеет водная эрозия почв. В соответствии с универсальным уравнением потерь почвы в результате развития водной эрозии, потери в т/га пропорциональны как длнне склона, ток к его крутизне. Проведенная математическая обработка данных показала, что в исследуемом регионе водная эрозия отмечается при склонах крутизной всего 1°, но при большой длнне склона. Проведенный анализ показал, что развитие водной эрозии на территории области в значительной степени зависит от глубины рас-•с1снсния рельефа, и этот показатель следует ввести в уравнение потерь почвы в результате развития волной эрозии. В то же время, при небольшом количестве осадков в целом по области развитие эрозии слабо коррелирует с суммой выпадающих осадков. Это иллюстрируется данными таблицы 7.

Таблица 7

Связь факторов почвообразования и развития волной эрозии па территории Косганайской области (п-=25)

Стелем ь родичи* эра! ии. % 1 ГлуСина расе»е-| нения рельефа, ы Частиц <0,01 мм Сток, мм Осадки за теплый период, мч

до 5 1 14,512,7 26,7±4,9 9,ПО,9 257.il 5

до 10 16,0і5,0 27,216,8 15,0±3,0 216ІІ1

25-50 I 47,5±13,8 50,0±5,0 15,0і5,4 225126

Таким образом, для почв области характерна специфичность влияния внешних факторов на развитие водной эрозии почв. Очевидно, почвы одинако-

вой степени эродированности, но разного генезиса, гранулометрического состава, на склонах разной экспозиции и т.д. будут по плодородию отличаться (Кирюшин В.И., 2002). В связи с этим, необходима разработка локальных коэффициентов уменьшения плодородия почв при развитии эрозии с учетом местных условий.

Сравнение почвенных карт 1946 и 2000 годов позволило установить развитие опустынивания на территории области, идентифицируемое по развитию в настоящее время бурых и каштановых почв в более северных районах. Сопоставление карт климата, гидрологии, почвообразуюших пород позволило установить связь опустынивания почв с потеплением климата, с минерализацией грунтовых вол. Риск падения урожайности пшеницы, в связи с развитием опустынивания, засоления, эрозии учтен в составленной карте-схеме агроэ кол отческих групп почв области с учетом экологических ограничений.

Анализ многолетних данных по свойствам почв Карабалыкской, Львовской и Кустанайской опытных станций показал, что при существующей системе земледелия и данном уровне интенсификации сельскохозяйственного нрои!-иодства отмечается увеличение эрозии, уменьшение гумусированносш почв, содержания в них элементов питания, увеличение засоленности и солонисваю-стн. С учетом составленной картосхемы экологической напряженности территории области при ведении сельскохозяйственного производства имеет смысл выделение альтернативных способов с/х использования с ограничением доли пшеницы в структуре посевных площадей и с увеличением доли в составе земельных угодий естественных кормовых трав. При оценке качества почв под пшеницу ряд илошадей, обладающих достаточным уровнем плодородия под овощные культуры (в пойме) и для естественных кормовых угодий, характеризуется низким баллом. Это приводит к уменьшению эффективности природопользования.

Н. 1. Почвоутомление, как фактор деградации почв

Одним из факторов деградации почв является почвоутомление, проявляющееся при монокультуре или при чрезмерно высокой дате в севообороте одной культуры (например, пшеницы). В основном, процессы деградации почв, протекающие при почвоутомлении, связаны с накоплением однотипных органических остатков, однотипным характером их разложения, нарушением сукцессии микроорЕштизмов и, в конечном итоге, с накоплением токсичных концентраций некоторых продуктов неполного разложения органических остатков. Эти процессы усугубляются накоплением специфических вредителей и болезней.

Почвоутомлению посвящены работы Лобкова В,Т. (1994, 1999), Гродзнн-ского A.M. (1965), РаЙса Э. (1978) и других. В проведенных исследованиях, в

отличие от работ других авторов, оценено не только влияние почвоутомления на микробиологическую активность по«гв, агрохимические свойства почв, но также влияние этого фактора деградации на комплексообразующую способность почвенного раствора к поливалентным металлам, на их подвижность, на буферные свойства почв, предложены новые биотесты. Впервые показано, что почвоутомление неодинаково развивается под разными сортами и на почвах разного гранулометрического состава.

В работе оценено почвоутомление под пшеницей на южных черноземах легкого и тяжелого грануло метрического состава Кустанайской и Львовской с/х опытных станций. Исследовали развитие почвоутомления под яровой пшеницей сортов «Омская-18», «Фиолетовозерная-5», «Казахстанехая-25», «Кезен-чукская-182». Оценивали почвоутомление в полевых условиях в производственных посевах на участках бессменного выращивания пшеницы с 1971 года и в модельных опытах.

Необоснованно высокая доля пшеницы в севооборотах, выращивание пшеницы более двух лет подряд приводят к развитию почвоутомления и к уменьшению урожайности культур. Для обі>еілов исследования в лесостепной зоне средний урожай пшеницы за 23 года составил 22,0 п/га, а в бессменных посевах - 14,5 ц/га. В сухостепной зоне q>cлнин урожай пшеницы составил 14,8 н/га, а в бессменных посевах — 7,5 ц/га.

По напученным данным, при почпоуіочлении под пшеннней на тяжелосуглинистых черноземах происходит относительное накопление микроорганизмов, усваивающих минеральные <{юрмы азога и развивающиеся на КАЛ (крахмало-аммиачном агаре). Во всех вариантах опыта оімечали тендегпшю увеличения при почвоутомлении кислотообразующих микроорганизмов, развивающихся на среде Эшби.

Таблица 8

Изменение микробиологической активности почв в результате

почвоутомления

Вариант Колнчество микроорганизмов, тыс/г ВОЗДУШНО-СУХОЙ рочвн

МПА КЛА (СЛА/МИА срела Эшби

всего КИС1010-образуюшнх

чернозем т/с (Р-3)

контроль 270 120 0,44 155 0

почвоутомление 97 92 0,94 88 8

чернозем т/с (Р-5)

контроль 176 293 1,67 38 5

поч еоуюилешіе 70 224 3,20 70 16

бессменное выращивание

пшенины с 197) Г- 243 435 1.79 134 5

По полученным данным, изменение при почвоутомлении микробиологи-

ческой активности образующегося органического вещества почв приводит и к изменению других свойств почв: ком плексооб разую шей способности почвенного раствора, его биологической активности, степени гндрофильности и гид-рофобности, состава воздушных экзаметаболигов почв и продуктов испарения.

В таблине 9 приведены данные, показывающие увеличение комплексооб-разуюшей способности почвенного раствора при развитии почвоутомления,

Дополнительно это сопровождается нарушением сбалансированности питательного режима, появлением специфических вредителей и болезней, в изменении в неблагоприятную сторону поглотительной способности корневых систем растений. В конечном итоге, почвоутомление проявляется в неблагоприятном изменении свойств, процессов и режимов почв; процессов и режимов, протекающих в здрофитоиенозах, в уменьшении разнообразия в почве и в напочвенном покрове биологических видов.

Таблица 9

Влияние почвоутомления на кочнлексообразующую способность почвенного раивора к Ре, Мп (эффективная растворимость окислов

железа, марганца, мг/л)

Объект Ре Мп

черно эеч млюсутяншктый (Р-1) 0.19 15.3

ТО же » почвоутомление 0 26 л- 0 20 22,3 Ю 2

черноте« тяжелосутлшшсшЯ (Р-3) 022 + 0.02 21.7 Н> 4

то же почвоутомление 0.35 -+0.10 22.310.3

среднее по всем почвам при

выргщиешин сортов пшеницы

Кустанайская-]9 0,38 -(0.10 21.7 ±0.4

Омская-18 021*0 01 22.2 1 0.2

По полученным экспериментальным данным, в опытно - производственных посевах с развитием почвоутомления была меньше масса зерен пшеницы. В контроле масса 20 зерен достигала 1,8 г, а при почвоутомлении - 0,35 г.

Согласно полученным данным, в почвах бессменного выращивания пшеницы «Омская-18», по сравнению с почвами производственпых посевов этою сорта отмечалось увеличение отрицательно заряженных соединений магния, железа, марганца примерно на 20%, при большем увеличении комплексных соединений железа.

Наличие в почве специфического органического вещества привело к увеличению подвижности фосфора, железа, марганца. В наибольшей степени это проявлялось на почвах более легкого гранулометрического состава с меньшей буферной емкостью. В почвах с развитием почвоутомления увеличивалась степень их гидрофобности. Отмечалось уменьшение полезной избирательной спо-

собности корневой системы растений, проявляющееся в большем поглощении ими свинца. Растения на почвах с развитием почвоутомления отличались нарушением ретуляторных функций. Они слабее реагировали на световое воздействие. Во всех случаях при почвоутомлении отмечалось худшее развитие проростков растений, большая степень их заболевания (таблица 10),

Таблица 10

Влияние водных экстрактов из корневых систем пшеницы на

прорастание семян пшеницы

Вариант Длина проростков, в % от контроля *)

корня стебля

производственные посевы | 92,б£4,4 77>5±-1,4

участки бессменного посева | 73,4±7,5 69.219,9

*) за контроль принято проращивание без добавления водных экстрактов из корневых систем

Развитие почвоугомлений (Пу), безусловно, уменьшает плодородие почв (Пп^Нп-ГСПу)-1

Однако и само почвоутомление характеризуется несколькими параметрами: интенсивностью проявления (1), количеством накопившихся продуктов (С?), необходимыми затратами на восстановление утраченных экологических функций почв (3).

^-цПу'Лп^Чпу3)-1

Установлено, что почвы легкого и тяжелого гранулометрического состава с различной емкостью поглощения, гумусиро панн остью и уровнем микробиологической активности обладают неодинаковой устойчивостью к почвоутомлению. Почвы с меньшей буферной емкостью более податливы к развитию почвоутомления. Почвы с большей буферной емкостью при развитии почвоутомления могут сорбировать большее шлнчество соединений, выбывающих почвоутомление, имеют большую буферность к устранению почвоутомления. Различные сорта обладают неодинаковой способностью, как вызывать почвоутомление, так и противостоять ему. Проведенные исследования показали перспективность оценки почвоутомления по микробиологической активности почв, изменению агрохимических, физических и физико-химических свойств почв, изменению поглотительной способности корневых систем проростков растений, изменению содержания в почве и органах растений положительно и отрицательно заряженных соединений ионов, прорастанию семян, изменению адаптационных возможностей растений, их ответной реакции на воздействие внешних факторов. Выявлено наличие ингибиторов развития растений в гидрофильных и гидрофобных соединениях почв, в воздушных экзаметаболитах почв с развитием почвоутомления.

С нашей точки зрения, необходимо составление паспортов устойчивости почв к почвоутомлению, паспортов, характеризующих способность культур и сортов вызывать почвоутомление и противостоять ему. Для количественной оценки влияния почвоутомления на плодородие почв предлагается коэффициент, характеризующий уменьшение КПД использования ФЛР культурой при развитии почвоутомления.

По полученным данным, этот коэффициент равнялся при принятой системе земледелия 0,5-0,7, а при экстенсивном ведении хозяйства и урожае до 10 ц зерна с 1 га - К- 0,9. На основании величин К, установленных для разных типов почв, составлена карта-схема потенциально возможного урожая пшеницы на территории области с учетом почвоутомления.

Одним из факторов деградации почв является обеднение их элементами питания и ухудшение агрономических свойств при несбалансированном применении удобрений и мелиорантов. Низкий уровень плодородия почв, обеднение их элементами питания в сочетании с низким уровнем химизации сельскохозяйственного производства в последние годы привели к засорению нолей, развитию болезней и вредителей, нарушению экологической обстановки, к малой эффективности и рентабельности сельскохозяйственного производства.

Так, урожаи зерновых, в среднем по Косганайской области, составляют за 1990-2002 г.г. - 10,8 ц/га, а в отдельные годы (1991, 1998) равны соответственно

з,6 и 4,0 ц/га. Данные анализов почв опытных станций за ряд лет позволяют су-дшь об уменьшении содержания в почвах подвижных форм элементов питания

и, я первую очередь, азота и фос1(юра. В то нее время, несбалансированное применение минеральных удобрений к неравномерное их внесение приводят также к ухудшению агрономически важных свойств почв.

Математическая обработка данных полевых опытов н построение 3-х координатных трафиков позволили установить, что внесение ЫРК. в дозах более 75 кг д. в-ва и необоснованное увеличение дозы N более 75 кг д. в-ва на 1 га, по сравнению с Р, приводили к снижению урожая пшеницы. К аналогичному результату приводило и увеличение подвижных форм фосфатов более 15 мг/100 г почв (рис. 1).

На основании анализа полученных эксперимс!стальных данных, при оценке степени деградации почв под влиянием обеднения их элементами питания и несбалансированного применения удобрений предлагается учитывать параметры устойчивости почв к данному виду деградации, степень проявления влияния, возможность восстановления утраченных функций почв. Предлагается описывать влияние обеднения почв элементами питания или их избытка на экологические функции почв (в том числе н плодородие) уравнениями регрессии, где У - изучаемые функции почв, а Хг^'п - недостаток элементов питания

в % от отимума или их избыток: в % от оптимума.

Согласно выясненным закономерностям черноземные почвы более тяжелого гранулометрического состава более устойчивы к деградации под влиянием несбалансированного применения удобрений, но в них больше накапливается токсичных для растений компонентов, медленнее и труднее восстановление утраченных функций почв.

В работе доказывается, что деградация одного из компонентов экосистемы зависит от деградации других компонентов. Поэтому устойчивость к деградации почв зависит от устойчивости к деградации растительности, рельефа, пород и т.д. В то же время, деградация почв под влиянием одного фактора зависит от степени деградации этой почвы под влиянием другою фактора. Деградация одной экологической функции почв зависит от деградации другой экологической функции.

Между факторами деірадашіи почв, свойствами почв отмечаются как аддитивные взаимосвязи, так н связи по типу антагонизма и синергизма. Предлагается учитывать проявление синергизма и антагонизма при вычислении комплексного показателя плодородия почв, качества почв и земель.

П 2. Способность почв к поддержанию концентра і щ и ипиов в почвенном растворе при их отчуждении с урожаем

В настоящее время одним из параметров, определяющих качество почв, является содержание в них элементов питания (валовых или подвижных форм. Для опенки плодородия ночв необходимо знать не только концентрацию ионов в обшепршіятих в агрохимической службе вытяжках, но и количество подвижных фракций в твердой фазе. Последний параметр характеризует способность почв поддерживать концентрацию ионов в почвенном растворе при их отчуждении с урожаем. Этот показатель дает ответ, на сколько лег хватает подвижных форм элементов питания в почве для растений без внесения удобрений иди при внесении их малых доз. Данное свойство почв объясняет, почему без внесения удобрений содержание подвижных форм элементов шттания в течение ряда лет держится на постоянном уровне.

С нашей точки зрения, данный параметр почвенного плодородия имеет важное значение при опенке качества почв. Он назван возобновляющей способностью почв (Вз*)

Ц =• Г(В,СХВ1Т)где Бзв - возобновляющая способность почв по отношению к биофильным элементам; Взт — по отношению к токсикантам, Ц - ценность почв.

.Для исследуемых почв, тяжелосуглинистые черноземы имели большую возобновляющую способность, по отношению к подвижным фосфатам, поливалентным металлам, кальцию, магнию, чем легкосуглинистые, горизонты Ал -

большую, чем горизонты В.

Так, например, в черноземе легкосуглинистом (Р-1) было больше содержание рыхлосвязанпых фосфатов, по сравнению с черноземом глинистым (Р-3), Однако, в глинистом черноземе больше возобновляющая способность почв. Чем больше возобновляющая способность почв для нонов, благоприятно влияющих на плодородие, тем выше ценность почв, И чем выше возобновляющая способность почв для ионов, негативно влияющих на плодородие, тем ниже ценность почв.

Способность почв к поддержанию концентрации ионов в почвенном растворе при их отчуждении с урожаем рассматривалась Савичем В.И., Дерюгиным И.П., Пановым Н ,П. (1989), Банниковым В.Н. (2002).

Концентрация ионов в почвенном растворе и в растворах слабых десор-бетов определяется не только количеством их подвижных форм в твердой фазе почвы, но и прочностью связи с твердой фазой (элективными произведениями раствори моста, эффективными константами нестойкости комплексов, эффективными константами ионного обмена). Нами предлагается, в дополнение к определению концентрации изучаемых элементов в общепринятых в агрохимической службе вытяжках, оценивать сумму их водо-растворимых (подвижных) фракций, определенных методом последовательной исчерпывающей десорбции. При этом происходит ступенчатое изменение концентрации ионов в эдюате, когда каждая ступень соответствует вымыванию определенной фракции с определенной прочностью связи ионов с твердой фазой. Данный параметр рекомендуется называв способностью почв к восстановлению концентрации ионов в почвенном растворе при их отчуждении с урожаем, При больших значениях этого показателя почвы могут и при отсутствии удобрений снабжать им растения достаточно длительный промежуток времени без наблюдаемого уменьшения содержания водорастворимых и подвижных форм.

Возобновляющая способность тяжелосуглинистых черноземов к фосфатам составила порядок величин 4,4 мг/100 г почв, при уменьшении ее к легкосуглинистым разновидностям на 40%. Это обеспечивает возможную продолжительность получения урожая пшеницы 16 ц/га без внесения удобрений на тяжс-лосуглинистых разновидностях черноземов около 6 лег, а на легкосугдинистых разновидностях и на каштановых почвах около 4 лет. Показано, что возобновляющая способность почв зависит от предшественника в севообороте.

При опенке возобновляющей способности почв к катионам Са, Мр, Ре, Мп установлено, что количество катионов, вытесненных из твердой фазы почв при последовательном элюировании (возобновляющая способность почв) отличается как для отдельных катионов, так и для отдельных почв и горизонтов, В легкосуглинистом и глинистом черноземе сумма легкоподвижных фракций.

вытесняемых 0,01н KCl, была близка. Однако. Сумма более прочносвязакных фракций, вытесняемых 1,0н KCl, была сушественно выше в глинистом черноземе.

Ш. Сводные показатели плодородия почв

Различные свойства почв влияют на урожай и экологические функции почв в неодинаковой степени, в их влиянии проявляются эффекты синергизма и антагонизма. Поэтому естественно стремление ряда авторов предложить сводный показатель плодородия почв (Никитин Б.А., 1973; Карманов И.И., 1980; Кулаковская Т.Л., 1980; Гринченко Т,А. 1984; Васенев И.И., 1993,1998),

Согласно проведенным исследованиям, эффективное плодородие почв определяется не только свойствами почв, но также протекающими процессами и режимами. При оценке плодородия ночв необходимо учитывать значения показателей в % от оптимума при данном сочетании свойств почв и внешних условий. Плодородие почв может рассматриваться только для определенных ipymi культур и климатических условий. Необходимый уровень эффективною плодородия почв и вес влияния на него отдельных факторов меняются в зависимости от уровня интенсификации сельскохозяйственного производства. При экстремально неблагоприятных с агрономической точки зрения значениях отдельных показателей свойств ночв и условий срезы величина эффективною плодородия стремится к нулю. При расчете сводного показателя эффективного плодородия почв необходимо указывать лимиты от максимальных до минимально доиуешмых значений всех факторов жизни растсиий, связанных с почвой, и пределах которых правомочны предлагаемые зависимости. Величина сводного показателя плодородия почв может быть оценена с использованием системы уравнений множественной регрессии для зависимостей разного иерархическою уровня. Для ориентировочной оценки сводного показателя плодородия почв предлагается использовать показатели, близкие по алгоритму сводному показателю загрязнения почв для зависимостей разного иерархического уровня.

При взаимодействии отдельных факторов на плодородие ночв отмечаются процессы синергизма и антагонизма. С учетом этих процессов П - К0 + 1К,Х,0\ П - Ко + k,X,nl + kÄ112 + kiX^X^ - для явлений синергизма иП = Кв + kiXinl + кгХг11 - kjXi01 Xi4 - для явлений антагонизма влияния факторов Xi и Xj на плодородие. При учете протекающих почвообразовательных процессов X, будет соответствовать значению показателя на время t, а Xi - значение показателя на время t + 1 и т.д.

В реальной обстановке влияние отдельных факторов на урожай может в разных интервалах их воздействия описываться различными математическими уравнениями. Однако для практических целей необходима определенная стан-

дарттапия оценки. В первом приближении, для ориентировочной оценки сводного показателя плодородия почв его расчет может проводиться на основе показателя, близкого к сводному показателю загрязнения почв: Zc - XXt / 1ЩКмах, где ПДК - предельно допустимая концентрация токсиканта или любого вещества, максимальное предельно допустимое значение любого свойства почв. Однако этот показатель возможно вычислять при чрезмерно высоких значениях X). При чрезмерно низких значениях X¡, с нашей точки зрения, необходимо учитывать соотношение ПДК/Xl. С учетом этого, сводный показатель плодородия почв будет равен: Zc = SX, / ЩЖмлх * £ПДКью; / X¡, где первое слагаемое считается при значениях показателей больше I UlKn,,, а второе слагаемое - при значениях показателей меньше НДК^ц

IV. Математическое описание зависимости биопродуктнвноети угодий

от свойств почв и климатических факторов Математическое описание зависимости бионродукгивностн угодий от свойств почв и климатических факторов достаточно широко рассмотрено л ряде работ, в том числе в исследованиях Рожкова В.Л. (1988), IHai плова U.C. и Чудновского Л.Ф. (19S0), Понько В.Л. (1991), Дмитриева Л.Л. (1991), Бойко Л.П., Замараева Л.Г., Хзрчевской Н.Ф. (1994), Шатилова U.C., Замараева Л.Г., Чановской Г.Ф. (1989), Шатилова U.C., Палева Н.Л., Силина Л.Д., Замараева АЛ\, Чаиовской Г.Ф., Шарова Л.Ф. (1987), Сиротенко О.Д. (1991), Полсва ПЛ. (1994), Тихонова В.Е. (2003) и других.

Для изучаемого региона такие исследования проведены Брушковым Л.И. (1993), Иорганским А.И. (1988), Пробержс Э.С. (1993). Авюрами для описания зависимости Сиопродуктивности от свойств почв, климатических условий и доз удобрений используются уравнения множественной регрессии при выражении независимых переменных в абсолютных величинах, в % от оптимума, в кодированных единицах. В проведенных нами исследованиях парный корреляционно-регрессионный анализ проводился с использованием для описания рассматриваемых зависимостей следующих формул: 1 ) линейной функции при аппроксимации данных по методу наименьших квадратов в соответствии с уравнением У » А + ВХ; 2) уравнения У - 1/(А+ВХ); 3) уравнения У - А * В/Х; 4) функции У = А + Вх; 5) экспоненциальной функции У = А ехр (ВХ); 6) функции У -А • 10™; 7) экспоненциальной функции У «= 1/[А *■ В ехр (-Х)]; 8) степенной функции У = АХВ; 9) логарифмической функции У *= А + В IgX; 10) логарифмической функции У = А + В inX; 11) уравнения У - А/(В+Х); 12) уравнения У = ЛХ/(В-*Х); 13) экспоненциальной функции У = Л ехр (В/Х); 14) степенной функпии У = А ' 10и,'х; 15) функции У = А + В X",

При этом для описания отдельных рассматриваемых зависимостей в большей степени подходила 1-3 из указанных формул.

Описание многофункциональных связей проводилось с использованием уравнений линейной множественной регрсссии. В отличие от применявшихся ранее математических формул описания зависимости биопродуктивности угодий от свойств почв и климатических факторов, в работе предложены следую-шие дополнения. 1. Показатели влагообеспечеаности, прихода ФАР, 2 t° > 10° учитываются не в целом за вегетационный период, а по фазам развития растений. 2, При влиянии факторов на растения учитываются эффекты их взаимовлияния по типу синергизма и антагонизма. 3. Выделяется эффект последействия факторов. 4. Значения независимых переменных выражаются в % ог оптимума или в долях ог оптимума (от 0 до +1 н до -1). При этом учитывается, что негативное влияние на растения оказывает как избыточная, так и недостаточная величина независимого переменного. 5. Выясняемые зависимости правомочны при удовлетворительных параметрах всех переменных, влияющих па биопро-дукшвность и плодородие почв. В связи с этим, во всех случаях вводятся лимиты всех независимых переменных, при которых зависимость правомочна. 6. Влияние всех независимых переменных (факторов) на урожай и плодородие неодинаково в разных интервалах воздействия. Поэтому для разных интервалов величин внешних факторов вводная свои коэффициенты (показатели веса их влияния на урожай и свойства почв. 7. Влияние независимых ({акторов па урожай зависит не только от их величин, но и от соотношения, которое учитывается в уравнении регрессии. 8. При описании рассматриваемых зависимостей уравнениями регрессии необходимо учитывать свойства почв, каждое из которых влияет на биопродуктивность и плодородие почв в неодинаковой степени. 9. Для разных групп растений, сочетания свойств почв н климатических условий, уровня интенсификации тгроизводства вес влияния отдельных факторов на урожай и плодородие отличается.

При большом количестве независимых неременных доля влияния каждого из факторов на урожай была невелика. В этом случае использовали два варианта; 1) пошаговую множественную регрессию с постепенным удалением из выборки менее значимых переменных; 2) описание зависимости несколькими уравнениями: а) характерными для резко различающихся стадий процесса; б) для разного иерархического уровня с введением в дальнейшем сводных, обобщенных показателей кислотно-основных свойств, окислительно-восстановительного состояния почв, фосфатного состояния почв и, в целом, плодородия почв и т.д.

Изменение плодородия почв, биопродуктивности по годам обусловлены многолетним трендом, трендом за более короткий промежуток времени, в связи с ритмичностью природных процессов (Тихонов В,Е,, 2003) и изменением климатических показателей в текущем году. Поэтому для целей прогноза урожай-

ности и плодородия почв следует учитывать и многолетние ритмы их изменения.

В работе дано математическое описание зависимости формирования почв от факторов почвообразования, описание рада зависимостей урожайности пшеницы от свойств почв и климатических показателей.

Мы предлагаем следующую модификацию формулы расчета потенциально возможного урожая, обусловленного климатическими факторами. У = К * k,W, + к2Щ + kiW, - IC4W4 k4£W + ksQi h>Qi + kyQj - k^Q» + kyIQ -+ Qx, - k,0WkQxí - kuWjaGtf>10fyo - kuWx^XtVloV, где Wlt Wlt

Wj - количество осадков в те фазы развития растений, когда потребление влаги растениями максимально; W4 - количество осадков в те фазы развития растений, когда они снижают урожай; Qi, Q?, Qj - поступление ФЛР в те фазы развития растений, когда идет активный фотосинтез; Qj - поступление ФЛР в ту фазу развитая, когда избыточное поступление солнечной энергии снижает урожай; WxiQxt - э<|>фекг синер! изма взаимодействия ФАР и влагообеспечепиосш; WxiQxj - эффект ашагонизма л.чя этой взаимосвязи ятя отдельных (}ш развития растений; Wx3(Zt0>10^)xj, Wxi(Xt°>10°)xi - эффект синерппма и антагонизма, отмечающиеся при взаимодействии влагообеснечснностн и суммы активных температур для отдельных фаз развития растений; к - коэффициенты, учитывающие вес влияния фактора на урожай; X.W - количество доступной влаги за вегетационный период; ZQ - количество ФАР за вегетационный период.

V. Агпоэкологическая характеристика почв

Принципы агроэкшогической характеристики почв и особенности оценки почв, в том числе и исследуемого региона, детально рассмотрены в работах КАрманова И.И. (1980, 1981, 1991 и др.). Кулакова Д.С. (1989), Каштанова А.И. (1998), Власова Л.Д., Панько В.А. (19S4), Васенева И.И., Букрссва Д.А. (1993), Башкина В.Н., Снакииа В.В. (1993), Образа А Л. (1998, 1990), Кирюши-на В,И. (1993,2000,2003) и других.

С нашей точки зрения, агроэкологические группировки почв, в отличие от огронроизводственных, должны в большей степени учитывать экологические ограничения использования земель на более высоких иерархических уровнях (ландшафта, бассейна и т.д.). При существующих группировках почв и земель н их стоимостной оценке ранжирование земель проводится под базовую культуру. В связи с этим, пойменные почвы, непригодные для выращивания зерновых, но дающие большой доход при выращивании овощных культур, оказываются менее ценными. Территории полупустынь и пустынь, дающие низкий урожай пшеницы и обладающие большой степенью риска при ее выршцивании, имеют низкую ценность, в то время, как при выращивании там адапгированных кор-

мовых культур и при использовании этих участков, как улучшенных пастбищ, доходность сельскохозяйственного использования значительно возрастает.

Группировки должны составляться для разного уровня интенсификации производства. Участки земель, малоплодородные при низкой интенсификации сельскохозяйственного производства, могут оказаться более перспективными при высоком уровне химизации. В то же время, плодородные почвы в ряде случаев не выдерживают значительных антропогенных нагрузок и при высоком уровне химизации теряют плодородие и способствуют загрязнению окружающей среды.

В работе показано, что оценка исследуемых почв определяется следующими факторами. 1) Определяется целью использования почв, зависящей от социальных, экономических и экологических задач государства, уровня его экономического развития и, в целом, экономических факторов (рынка земли, труда, капитала, интеллектуальных способностей и т.д.). В каждой конкретной ситуации перспективно использование почв для выполнения ими определенных функций, и ценность почв для выполнения ими различных функций, естественно, будет отличаться. При этом, для выполнения различных экономических, социальных н экологических функций почв в наибольшей степени подходят и определенные почвы и земли.

2. При использовании почв, как средства сельскохозяйственного производства, ценность почв и земель определяется их биопродуктивностью, или урожайностью. Указанные показатели неразрывно связаны не только со свойствами, процессами и режимами почв, но и с климатическими факторами, экологическими условиями выращиваемых культур. Рассмотрение плодородия почв безотносительно к климатическим условиям их развития и выращиваемым культурам мало перспективно. В то же время, уровень алодородия и ценность почв зависят от уровня интенсификации производства, т.к. для получения урожая! 5-40 ц/га требуются почвы со значительно отличающимися свойствами, процессами и режимами.

В проведенных исследованиях показало, что ценность почв, в значительной степени, зависит от протекающих в почве дегралащгонных изменений. В то же время, ценность почв определяется риском их сельскохозяйственного использования. Ценность почв зависит и от характера их дальнейшей эволюции, определяемой протеканием как антропогенных, так и естественных почвообразовательных процессов.

3. Ценность почв, с одной стороны; может быть оценена по производимой на них продукции и, с другой стороны, по эффективности вкладываемых в повышение плодородия и урожая с/х культур средств. Все зависимости продуктивности почв , и земель от факторов, их определяющих, правомочны, во-

первых, в определенных интервалах воздействующих факторов и, во-вторых, в определенных пределах другах факторов образования почв и формирования урожая.

С учетом рассмотренных зависимостей, в работе предлагается следующий алгоритм оценки качества почв на разном уровне детализации. Вид использования почв в каждой конкретной ситуации определяется равенством:

В £ £Бп - ХБу, где £Бп - сумма благ, получаемых в результате данного вида использования почв и £Бу - сумма благ, упущенных в результате данного вида использования почв.

В работе дана агроэкологическая характеристика почв Костанайской области с учетом геоморфологии территории (Николаев В.А.), глубины расчленения рельефа (Николаевская Е.М.), карты четвертичных отложений (Николаев В.Л.) и геологической карты (Верховский Л,С.), тектонической карты (Колчаков В.П.) и карты магнитных аномалий (Бороздин С.И., Игошин Л.Ф., Клянчин H.H., Тычкова Т.В.), почвенных карт 1946 гола (Лобова Е.В.), 1963 года (Ев-стифесв Ю.Г.) и полученных экспериментальных материалов.

Предложены алгоритмы влияния на качество почв факторов почвообразования, способности почв к поддержанию концентрации ионов в почвенном растворе при их отчуждении с урожаем, почвоутомления, несбалансированного применения удобрений. Предлагаются новые принципы комплексной агроэко-логической характеристики территории с учетом многофункциональности се использования, геолинамической напряженности, литологии, структуры почвенного покрова, углубленной оценки предлагаемых агрономически важных агрохимических и физико-химических параметров почв.

При оценке оптимальных варианте использования почв области учтены карты агропроизводственной опенки земель (Николаев В.Л., Тюрленсва С.А.), сенокосов и пастбищ (Демченко Л.Л.), растительности (Всрнанлер Т.В., Демченко JI.A., Николаев В.А,), фотокарта кормовых угодий Костанайской области (Самратов У.Д., Поляков В.Г, и др.).

Проведенные исследования обобщены на составленных картосхемах: экологической напряженности почв Костанайской области (рнс. 3), агробиологических групп почв с учетом экологических ограничений, районов, оптимальных для вырашивания пшеницы с учетом экологических 01раничений. В качестве факторов, лимитирующих вырашиванне с/х культур, приняты: интенсивное развитие эрозии, опустынивания, засоления, в связи с близким уровнем засоленных грунтовых вод, очень небольшое количество выпадающих осадков.

На данном уровне интенсификации производства считается целесообразным сокращение тех площадей под пшеницей, на которых урожай менее 10 ц зерна с гектара, и использование таких земель под другие культуры, в том чис-

ле под кормовые севообороты и улучшенные пастбища на основе естественных травостоев.

VI. Потенциально возможный урожай с/х культур

Потенциально возможный урожай культуры по ФАР определяется формулой: У = • КПД ФАР * КиК*Кср, где Кср- коэффициент от 1 до 0, учитывающий уровень оптимизации других параметров внешней среды; К* - коэффициент от1 до 0, уплывающий плодородие почв; Кы - доля основной продукции; Х<3 - поступление фогосинтетически активной радиации за вегетационный период; ч - количество энергии, аккумулированной в едшшие продукции.

На основании проведенных исследований составлены картосхемы потенциально возможного урожая пшеницы по ФАР, влагообеспсченносш. При расчете потенциально возможного урожая, в дополнение к расчету по ФАР и вла-гообеспеченности за вегетационный период, предлагается расчет по ФАР и ила-гообеспеченности в отдельные фазы развития растений с поправкой на уменьшение урожая при неблагоприятных свойствах почп (К). Величина К оценивается, как отношение КПД ФАР для данного сорта на исследуемом типе почв на ближайшей сортоиспытательной станции к КПД ФАР в реальных условиях. Па основании проведенных исследований составлены картосхсмы возможного урожая пшеницы на территории области по ФАР и влагообеспеченности, с учетом структуры почвенного покрова, почвоутомления (рис. 2).

Выводы

1. В период интенсивного антропогенного воздействия па почву и техногенного загрязнения Северного Казахстана, наряду с функцией почвы, как средства сельскохозяйственного производства, все более усиливается значение эколошческих функций почв, которые необходимо учитывать при определении качества почв и их оценке. В зависимости от социально-экономических условий наибольшее значение имеют н различные экологические функции почв, *гто определяет тс качество отдельных земель.

2. В дополнение к существующим методам оценки влияния свойств почв на их продуктивность предлагается учет следующих параметров: возобновляющей способности почв, буферной емкости почв, обеднения почв элементами питания, почвоутомления.

3. Для оценки качества почв н состояния соединений ионов в почве необходимо знать не только их количество, переходящее в раствор принятых в почвенных и агрохимических исследованиях десорбехтов, но и количество подвижных ионов в твердой фазе почвы. Предлагается модификация методики определения способности почв к поддержанию концентрации водорастворимых и подвижных соединений ионов при их отчуждении с урожаем (возобновляющей способности почв); новые принципы расчета параметра и интерпретация дан-

ных.

Установлено, 'по возобновляющая способность почв выше в почвах более тяжелого гранулометрического состава, для элементов питания в почвах более окультуренных и удобренных. Почвы тем плодороднее, чем выше в них возобновляющая способность для ионов, благоприятно влияющих на плодородие, и ниже для ионов, негативно влияющих на плодородие.

При большей возобновляющей способности почв к элементам питания почвы могут и при стартовых дозах удобрений удовлетворительно снабжать данными элементами растения более длительный промежуток времени (по отношению к фосфатам для исследуемых почв ог двух до шести лет).

4. Установлено наличие почвоутомления на черноземах и темно-каштановых почвах при бессменном выращивании пшеницы и при большой дате се в севообороте. Почвы с меньшей буферной емкостью к почвоутомлению более податливы к развитию почвоутомления. Почвы с большей буферной емкостью к почвоутомлению при развитии почвоутомления могут сорбировать большее количество соединений, вызывающих почвоутомление, но имеют и большую буферность к устранению почвоутомления. Различные copia пшеницы обладают неодинаковой способностью как вызывать почвоутомление, так и противостоять ему. Почвоутомление под бессменными посевами шненнцм проявляется в обеднении разнообразия микроорганизмов, изменении их состава, в увеличении комплсксообразуюшей способности почв, их гилрофобности, фшо-тохенчности, в уменьшении урожая и ухудшении его качества.

При вычислении потенциально возможного урожая но ФАР и влагообес-псчснностн на развитие почвоутомления под пшениней рекомендуются поправочные коэффициенты: 0,7 - для 1-го климатическою района, 0,5 - для 2-го; 0,9 - при урожае до 10 ц/га.

5. В работе показана относительность значений оптимальных свойств почв для Костанайской области. Значения оптимума любого элемента питания возрастает при наличии факторов, уменьшающих его подвижность в почве и поступление в растения. Оптимальное содержание фосфатов в почвах возрастало при увеличении емкости почв по отношению к фосфатам, при увеличении прочности связи фосфатов с почвой, при уменьшении скорости их перехода из твердой фазы в раствор, при уменьшении возобновляющей способности почв к фосфатам, при выращивании пшеницы 2 и 3 раз после пара, при увеличении уровня интенсификации производства.

6. Предложена оценка степени обеспеченности почв элементами питания и деградации на основе тепловых эффектов взаимодействия почв с удобрениями и мелиорантами. Разработано устройство для определения тепловых эффектов взаимодействия сорбатов с почвой. Предлагается на основе тепловых эф-

фектов взаимодействия почв с фосфатами и гипсом определять потребность почв в фосфатах и гипсовании. Показано, что тепловой эффект взаимодействия гипса с почвами выше для солонцов и почв более тяжелого гранулометрического состава. Тепловой эффект взаимодействия почв с фосфатами был выше при меньшей обеспеченности фосфатами и для черноземов более тяжелого гранулометрического состава.

7. Для характеристики плодородия почв наиболее информативной является комплексная оценка состояния в почвах элементов питания — по содержанию положительно и отрицательно заряженных соединений, по возобновляющей способности почв, по сорбции элементов в зависимости от концентрации сорбатз, рН, времени взаимодействия; по десорбции элемента в зависимости от концентрации десорбенга, рН, комплексообразуюшей способности десорбента, времени реакции; по предлагаемым биологическим тестам. Для исследуемых почв установлены характеристические показатели данных параметров для фосфатов, кальция, магния, железа, марганца, натрия.

3. Предлагается сводный показатель плодородия почв в виде уравнения множественной регрессии, описывающего зависимость урожая от свойств почв с поправкой на долю влияния фактора на урожай, эффекты синергизма и антагонизма во взаимовлиянии свойств почв и урожая. Уравнение правомочно в интервалах Хс_я - Х„„ ограничивающих возможность выращивания культуры при максимальных и минимальных значениях параметров X. Уравнение правомочно в допустимых лимитах сопутствующих факторов и свойств почв, при оценке показателей в % от оптимума. В первом приближении сводный показатель плодородия рекомендуется рассчитывать, как Zc — ХХ/11ДКШ1 + £ПДКСЯ/Х*, где первое слагаемое считается при показателях больше ПДКщ,, а второе при значениях показателей меньше ПДК^дц.

9. По данным многолетней урожайности предлагается расчет »официального резерва повышения урожайности при оптимизации факторов внешней среды (ПВУ), расчет риска уменьшения урожайности при неблагоприятных внешних условиях (Р). ПВ) •= [(Хпа, - J):Т] 100; Р = [(X - X„):J] 100, где X -средняя арифметическая урожайность за ряд лет, Хнш - минимальная урожайность за эти годы, обусловленная неблагоприятными погодными условиями; Хик - максимальная урожайность в голы с благоприятными погодными условиями.

Величина риска для исследуемых опытов составляла 48-66%, резерв повышения урожайности - 31,7-74,5%. На более плодородных черноземах больше среднегодовая урожайность пшеницы, меньше риск падения урожая при неблагоприятных условиях, но меньше и дополнительные потенциальные возможности повышения урожая при благоприятных погодных условиях.

10. Предлагается оценивать потенциально возможный урожай с/х не только с учетом ФЛР и влагообеспеченности за вегетационный период, а также с учетом ФЛР и влагообеспеченности в отдельные фазы вегетации, с учетом эффектов гистерезиса, синергизма и антагонизма, с учетом сводного показателя плодородия иочв. В первом приближении этот параметр рассчитывается, как отношение КПД ФЛР на соседней сортоиспытательной станции и КПД ФЛР в хозяйстве.

11. Несбалансированное и неравномерное внесение минеральных удобрений, как и обеднение почв элементами питания, при водит к развитию деграта-ини почв и других компонентов шрофитоценоза. Предлагается оценивать устойчивость почв к этому виду де1ралации по следующим параметром: буферной емкости почв, скорости проявления негативною влияния. Степень влияния на почву данного фактора деградации предлагается оценивать по интенсивности проявления данного параметра и количеству появившихся в почве токсичных компонентов (свойств). Возможность восстановления утраченных в процессе деградации функций почв предлагается оценивать но интенсивности н мощности воздействия, необходимого для оптимизации обстановки, Прн математической обработке данных опытных станций за ряд лет установлено уменьшение тумусировзнности почв, уменьшение содержания в них подвижною фос^ра. Устаноапено, что достаточное количество фосфатов для получения урожаев при данном уровне интенсификации производства 10-12 м1/100 г почв, снижение урожаев при большем и меньшем содержании подвижных фосфатов. При увеличении доз азота более 75 кг л. в-ва на 1 га на черноземах и каштановых почвах при данном уровне интенсификации отмечается снижение урожая.

12. Деградация одного из компонентов а1рофитоцеиозз зависит ог деградации других компонентов. Поэтому при оценке устойчивости почв к деградации следует учитывать степень неравновесною состояния других компонентов экологической системы, в том числе, экологические функции литосферы. По полученным данным, развитие волной эрозии в области проявляется на склонах более 1° и в большей степени зависит от гранулометрического состава, глуби ни расчленения рельефа, стока, в меньшей степени ог количества осадков за летний период. Деградация почв под влиянием одного внешнею фактора зависит ог степени их деградации под влиянием других факторов. Во взаимовлиянии проявляются эффекты синергизма и антагонизма. Деградация одних свойств почв зависит от деградации других свойств. Во взаимовлиянии проявляются эффекты синергизма и антагонизма.

Для вычисления сводного показателя экологической напряженности предлагается использование показателя 2с = £Х,/ПДК, где X; - степень эколога ческой напряженности по каждому показателю от 1 до 5. В качестве ПДК,

взята экологическая напряженность, соответствующая норме (индекс 1),

Предложения производству

Для использования в производстве предлагаются методики оненки деградации почв при несбалансированном применении минеральных удобрений, методика оценки комплексного показателя плодородия почв, алгоритм расчета качества земель Костанайской области с учетом факторов почвообразования, свойств, процессов и режимов почв, уровня их деградации, риска сельскохозяйственного использования, эволюции почв. Иллюстрацией предлагаемых теоретических подходов является, карта агроэкологической характеристики почв Костанайской области.

Большое практическое значение имеют составленные картосхемы агро-экодогической характеристики почв Костанайской области: 1) потенциально возможных урожаев но ФАР, влэгообеспечснности и структуре почвенного покрова; 2) потенциально возможных урожаев пшеницы но ФАР, влагообсспе-ченностн, структуре почвенного покрова при развитии почвоутомления; 3) картосхема продолжительности получения потенциально возможного урожая по ФАР без внесения фосфорных удобрений; карта-схема районов, оптимальных для выращивания пшеницы с учетом экологических ограничений; 4) карта-схема агроэкологичсских групп почв Костанайской области с учетом экологических ограничении; 5) картосхема прогноза изменения содержания гумуса в почвах области при их сельскохозяйственном использовании; 6) картосхема прошоза развития опустынивания; 7) картосхема экологической напряженности состояния почв области.

Список основных опубликованных работ но теме диссертации

Монографин

1. Савич В.И., Парахин Н.В., Сычев В.Г., Степанова Л.П., Лобков В Т., Амергужнц Х.Л., Щербаков AJO., Романчик Е.А. Почвенная экология, Орел, ГАУ, Орел, 2002, 546 стр.

2. Трубицина Е.В., Амергужин Х.А. Физико-химические методы исследования системы почва-растсиие в нолевых условиях, Алматы, 1997, 157 стр.

3. Савич В.И., Кауричев И.С., Шитов ЛЛ., Амергужин Х.А„ Сидоренко О.Д. Окислительно-восстановительные процессы в почвах, агрономическая оценка и регулирование, Костанай, 1999,403 стр.

4. Савич В.И., Амергужин Х.А., Карманов И.И., Булгаков Д.С. Опенка почв, Астана, 2003, 527 стр.

5. Амергужин Х.А. Агроэкологическая оценка почв Костанайской области Казахстана, Астана, 2004,438 стр.

Публикации в сборниках и журналах

1. Амергужин Х.А. Агрохимическая опенка простых и сложных фосфор-

содержали« удобрений, полученных разными способами. Тез. докл. республ. Конф. молодых ученых и специалистов, Алма-Ата, 1990, стр, 123-124

2. Кулюкин А.Н., Дерюгин И.И., Амергужин Х.А., Чернышев Л,П. Агрохимическая оценка медленно действующих фосфорсодержащих удобрении на среднесугдшшстой дерново-подзолистой почве, Изв. ТСХА, 1990, №4, стр. 4250

3. Амергужин Х.А. Агрохимическая оценка разных форм фосфорсодержащих удобрений с пониженной растворимостью на дерново-ползолистой почве, Автореф. дисс. канд. с/хнаук, М..ТСХА, 1991,22 стр.

4. Амергужин Х.А. Экологическая оценка взаимодействия удобрений и мелиорантов С почвой, Конференция «Современные проблемы охраны земель», Киев, 1997

5. Савнч В,И„ Амергужин Х.А., Садуакасов Н.М. Применение системы лизиметрических методов в почвенно-агрочнмических исследованиях. Тез. док, Вссросс. конф. «Лизиметрические исследования почв», М., МГУ, 1998, стр. 3438

6. Савич В.И., Амергужин Х,А. н др. Почвоутомление, как фактор деградации почв, Тез. док. «Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения», М,, Почв, ии-тнч. В.В. Докучаева, 1995, т.J, стр. 295-296

7. Савич ВН., Амергужин Х.Л., Садуакасов U.M.. Хусейн Х.Х. Оценка сорбшюнпых свойств почв на основе тепловых эффектов взаимодействия сор-батов с почвой, Hin. МСХА, 1998, вып. 4, стр. 70-77

8. Савнч В.И., Амергужин Х,А., Сотовьсва A.B., Сидоренко О.Д., Ибра-хим У.А. Почвоутомление, как фактор деградации почв, Агрохимия, 1999, стр. 5-11

9. Амергужин Х.А, Оценка состояния соединений железа в системе почва-растение на южных черноземах, в сб. «Железо в почвах», Ярославль, 1999, стр, 42-43

10. Амергужин Х.А. Деградация почв и проблема их опустынивания в Косганайской области Казахстана, в сб. «Международная научная конференция по деградации почв и опустыниванию«, М„ МГУ, XI, 1999, стр. 30

11. Савич В.П., Амергужин Х.А., Пуховский A.B. Применение лизиметрических методов исследования для выяснения комплекса факторов, влияюших на развитие растений, в сб. «Лизиметрические исследования в а1рохимин, почвоведении, мелиорации и агроэкологии», М., ВНШГГИХИМ 1999, стр. 176-180

12. Савич В.И., Щрахим У.А., Амергужин Х.А. Уточнение градаций содержания подвижных форм элементов в почвах с учетом емкости поглощении, гумусированности, pH, гранулометрического состава и влажности, в сб. «Экологические проблемы почвоведения», М„ МСХА, 1999, стр, 10-22

13. Савич В.П., Сидоренко О.Д., Амергужян Х.А., Ибрахим У.А. Определение микробиологической активности почв физико-химическими методами, в сб. «Экологические проблемы почвоведения», М., МСХА, 1999, стр. 69-80

14. Кашанский А.Д., Ибрахим У.А., Амергужин Х.А, Влияние монокультуры на экологическое состояние системы почва-растение и почвоутомление, в сб. «Экологические проблемы почвоведения», М., МСХА, стр. 193-201

15. Савич В.И., Аыергужин Х.А., Гречин ПЛ. Физические биологически активные поля почв, как фактор плодородия, Тез. докл. 3 с-да Докучасвского об-ва почвоведов, Суздаль, 2000, кн. 1 стр. 204-205

16. Амергужин Х.А., Савич В.И., Трубнцина Е.В. Комплексная опенка состояния элементов питания в почвах, Тез. докл. 3 с-да Докучаевского об-ва почвоведов, Суздаль, 2000, кн. 2, стр. 94-95

17. Сазонов СЛ., Амергужин Х.А. Синергизм и антагонизм в проявлении экологических функций почв, Междунар, симноз. «Экологические функции почв», М„МГУ, 2001

18. Наумов В.Д., Амергужин Х.А., Юркина H.A. Некоторые почвообраю-вательные процессы, как факторы деградации окультуренных почв, в сб. «Деградация почвенного покрова и проблемы агроландшафшого земледелия», Ставрополь, 2001, стр. 198-199

19. Амергужин Х.А., Ъбара H.A. Геофизические ноля, как фактор плодородия, 2-я между народ, конф., Ставрополь, 2002

20. Амергужин Х.А,, Слюсарсв В.И., Банников В.И. Оценка состояния системы почва-растспис при эзекгрофоретическом введении в пес ионов и идентификации ответной реакции, 2-я междунзр. конф. «Эволюция и деградация почвенного покрова», Ставрополь, 2002

21. Савич В.И., Санчес П., Банников В.Н., Амергужин Х.А,, Байбеков Р.Ф. Оценка способности почв к поддержанию концентрации ионов в почвенном растворе при их отчуждении с урожаем, Агрохимия, 2002, №10, стр. 5-10

22. Наумов В.Д., Савич В.И., Амергужин Х.А., Юркина H.A. Причины нарушения устойчивости почвообразовательных процессов в таежно-лесной зоне при антропогенных воздействиях, в сб. «Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям», Москва, 2002, стр. 324

23. Савич В.И., Куликов А.М., Ванькова A.A., Амергужин Х.А., Щербаков А.Ю., Ахатова Г.Р. Использование биологических генетических тестов при оценке загрязнения почв и сельскохозяйственной продукции свинцом. Изв. МСХА, 2003, вып. 1, стр. 1-10

24. Панов Н.П., Савич В.И., Амергужин Х.А., Байбеков Р.Ф., Банников В.Н. Отрицательное действие на плодородие дерново-подзолистых почв несбалансированных доз минеральных удобрений, Вестник с/х науки, 2003, №6, стр.

28-30

25. Савич В.И., Амергужин Х.А. Использование биотестов для опенки эффективности гипсования почв, Тез. док. 4 с-да Докучаевского об-ва почвоведов, 2004 (в печати)

26. Трубицина Е.В., Амергужин Х.А., Савич В.И„ Замараев А.Г. Обобщенные показатели плодородия почв, Тез. докл. 4 с-зз Докучаевского об-ва почвоведов, 2004 (в печати)

27. Савич В.И., Байбеков Р.Ф., Амергужин Х.А., Садуакасоя Н.М. Комплексная опенка обеспеченности почв фосфатами, Изв. МСХА, 200'!, №1, стр. 1-13

28. Амергужин Х.А. Экологическая оценка почв КостанаЙскоЙ области Казахстана, Тез. Межцунар. конф .»Современные проблемы загрязнения почв», М-, МГУ, 2004,1 стр.

29. Амергужин Х.А., Трубишша Е.В. Влияние послеуборочных остатков растений на подвижность попов в почвах, Тез. докл, междунзр. научио-практ. конф. «Агроэкологические фупкшщ органического всшсства почв и использование органических удобрений в ландшафтном земледелии», Владимир, П1Ц ВШШПТИОУ, 2004,2 стр.

30. Аергужин Х.Л., Трубицина Н.В. Математическое описание уровня плодородия и деградации почв, как одного из компонентов экологической системы, Тез. докл. научио-практ .конф. «Проблемы и перспективы развития сельскохозяйственной науки и АПК в сельском хозяйстве», Иваново, 2004,3 стр.

31. Амергужин Х.А. Оценка почв КостанаЙскоЙ области Казахстана, Тез. междуиар. научи о-пракгич. конф. «Социально-экономические, политические и экологические проблемы в с/х хоз-вс России и стран СНГ: история и современность», Оренбург, ОГАУ, 2004, 4 стр.

32. Амергужин Х.А., Степанова J1.II. Риск уменьшения урожайности с/х культур при неблагоприятных погодных условиях, Орел, ОГАУ, 2004,3 стр.

33. Шатилов И.С., Замараев А.Г., Амергужин Х.А. и др. Алгоритм зависимости урожая пшеницы от свойств почв и климатических факторов, Изв. МСХА, 2004 (в печати)

34, Амергужин Х.А, Агроэколоппеская оценка почв КостанаЙскоЙ области Казахстана, в сб. Почвешюго ин-та им. В.В. Докучаева, 200-1 (в печати)

Зависимость урожайности пшениш от влагообеспеченности и содержания подвижных фосфатов

г=-77,526+6,536*х+1,162*у-0(272*х*х-0,005*ху0,004уу Рис'11

ВО 16,198 И 18,396 Ш 20,593 Ш 22,791 □ЕЗ 24,989 □ 27,187 Ш 29,385 НВ 31,582 П 33,780 ИВ 35,978 Ш аЬоуе

Рис 2

Потенциально возможный урожай пшеницы по ФАР (КПД 3%), водообеспеченности и преобладающим

типам почв

вв - о - Ю 11/141

СЕ! - ю - го 1Д/Г«

шв - 20 - зо 11/ГО

1 1 - 30 - 40 и/т

Рис. З

Картосхема экологической напряженности почв Ку ста на н ской области

Значеній сваяісго показателя эи-ологпчгсюл напряллкност почв(п=Ш

Щ 1Нч«"М-М>

□ «-і» ЙЗ »-да

Усл. теч, п. 2,19 3 im. 114 Тирж 100 ю. AHO яИздатонлты; МСХА» 1275J0, Мосхва, ул. Ткмкрямвсхая, 44

V*

»-Є5