Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Агроэкологическая оптимизация систем земледелия Центрального района Нечерноземной зоны России

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "Агроэкологическая оптимизация систем земледелия Центрального района Нечерноземной зоны России"

и од

На правах рукописи

1 ц ДЕК 1998

Выогпн Сергеи Михайлович

Агроэкологическая оптимизация систем земледелия Центрального района Нечерноземной зоны России

Специальность 06.01.01 - общее земледелие 06.01.15 - агроэкология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных паук-

Москва 1998

Работа выполнена в Московской сельскохозяйственной академии им К.А. Тнмиря)ева п Смоленском сельскохозяйственном институте в те ченне 1474-1998 гг.

Научные консультанты: - академик РАСХН, заслуженный деяте.и пауки России, доктор сельскохозяйственных наук, профессор АЛ Лыков;

заслуженный деятель науки России, доктор сельскохозяйственных наук профессор А.М Гордеев.

Официальные оппоненты: - доктор сельскохозяйственных наут

B.Н.Шенгухов; доктор сельскохозяйственных наук, профессо]

C.С.Сдооннков; доктор сельскохозяйственных наук, профессо] Г.И.Баздырев.

Ведущая организация: - Научно-нсследовательскнй ннстнту" сельского хозяйства (г. Смоленск)

Зашита диссертации состоится ¿¿^.О/ ччг : в // часов на засе дан ни диссертационного совета Д. 120.05.01 во Всероссийском научно исследовательском институте информатизации агрономии н экологш (ВНИИ "Агроэкоинфор.м").

Адрес: 143013, Московская область, Одинцовский район пое.Не.мчнновка-1, ул. Агрохимиков, дом 6, ВНИИ "Агроэкоинформ" диссертационный совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан // /-- й „/у 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.С. Мерзлнкнн

1.0бщая характеристика работы.

1.1. Актуальность темы.

Важнейшей задачей отечественного сельского хозяйства в современных условиях остается повышение продуктивности земледелия в Центральном районе Нечерноземной зоны России. Успешное ее решение неразрывно связано с переходом от зональных систем земледелия к более совершенным, экологически обоснованным, хорошо приспособленным к местным почвен-но-климатическим условиям системам земледелия на ландшафтной основе. Этим вопросам уделено большое внимание в работах В.В. Докучаева (1898,1936); В.И. Вернадского (1946); Г.И.Швебса (1985); А.А.Жученко (1990); А.М.Лыкова (1992,1996); В.И. Кирюшина (1993,1996) и др.

Однако для подобных систем земледелия совершенно не разработаны экологически сбалансированные системы севооборотов, удобрения, обработки почвы и другие звенья в оптимальном их соотношении в целях достижения высокой агрономической эффективности, экологической и экономической целесообразности.

1.2. Цель и задачи исследований.

Главная цель исследований - обосновать и разработать приемы оптимизации применения агрохимических средств, обработки и севооборотов как основы высокой продуктивности сельскохозяйственных культур, сохранения и воспроизводства почвенного плодородия, обеспечения благоприятной экологической обстановки в рамках альтернативных систем земледелия.

С учетом изученностн проблемы ставились следующие задачи:

1. Изучить влияние длительного систематического применения различных доз и соотношений агрохимикатов, почвоуглубляющих и энергосберегающих обработок в севообороте на основные показатели плодородия дерново-подзолистых почв и обосновать их оптимальные параметры.

2. Разработать приемы оптимизации гумусового состояния разноокульту-ренных дерново-подзолистых почв в условиях экологизации земледелия и энергосбережения.

3. Дать эколого-агрономическую оценку динамики тяжелых металлов и остатков пестицидов в системе почва-растение при разной интенсивности использования агрохимикатов.

4. Выявить оптимальные с точки зрения экологии и экономики нормы внесения химических удобрений и пестицидов.

5. Дать агроэкологическую и энергетическую оценку оптимальным основным звеньям систем земледелия.

6. Разработать нормативно-технологические показатели основных элементов систем земледелия Центрального района Нечерноземной зоны России для успешного ведения отрасли в современных условиях.

Основные направления исследований являлись составной частью государственной программы "Разработать и внедрить системы земледелия, обеспечивающие рациональное использование сельскохозяйственных угодий, сохранение плодородия и защиту почв от эрозии, повышение продуктивности и устойчивости растениеводства", включались в план научно-исследовательской работы Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева и Смоленского сельскохозяйственного института.

1.3. Научная новизна.

На основании длительных полевых опытов, в т.ч. опыта ТСХА, заложенного по инициативе Д.Н.Прянишникова, впервые для условий Центрального района Нечерноземной зоны России теоретически обоснованы, разработаны и комплексно оценены приемы оптимизации основных элементов систем земледелия биологической направленности, дана их энергетическая оценка. Предложены нормативно-технологические показатели агроэкологи-ческой оптимизации систем земледелия.

Доказано, - при научно обоснованном применении средств химизации предлагаемые технологии экологически безопасны, способствуют рациональному использованию удобрений и пестицидов, не снижают плодородия почвы, качество гумуса и продуктивности севооборота. При этом определены оптимальные дозы агрохимикатов на фоне ранее не изученных в подобных исследованиях вспашки с одновременным щелеванием и чизелевания с дискованием, способствующих созданию мощного корнеобитаемого слоя.

Предлагаемые системы удобрения, защиты растений и обработки почвы в севообороте не уступают по своей экологической целесообразности органическому земледелию, что подтверждено исследованиями качества продукции, содержания в продукции и почве тяжелых металлов, остатков пестицидов и нитратов, состояния биологического комплекса почвы, ее агрохимических и агрофизических свойств, развития вредных организмов в посевах сельскохозяйственных культур.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Концепция экологической и экономической оптимизация системы удобрения, защиты растений и обработки почвы.

2. Научное обоснование агроэкологических показателей гумусного компонента дерново-подзолистых почв при оптимизации основных звеньев систем земледелия.

3. Эколого-агрономическая оценка состояния химического состава почвы и растений, наличия остатков пестицидов, функционирования биологического комплекса почвы при разных уровнях химизации в сочетании с другими элементами систем земледелия.

4. Агроэкономическая и энергетическая эффективность систем земледелия экологической направленности Центрального района Нечерноземной зоны России.

5. Нормативно-технологические показатели основных звеньев систем земледелия ландшафтной направленности.

2

1.4. Практическая ценность.

Разработаны оптимальные системы применения агрохимикатов и поч-воулучшающих обработок, которые отличаются тем, что позволяют не только поддерживать, но и повышать потенциальное и эффективное плодородие легко- и среднесуглинистых дерново-подзолистых почв, получать экологически безопасную и экономически выгодную продукцию. Разработанные нормативно-технологические показатели воспроизводства плодородия, химического загрязнения почв и фитосанитарного состояния посевов позволяют моделировать элементы систем земледелия при недостаточном материальном и энергетическом обеспечении сельского хозяйства.

1.5. Реализация результатов.

Результаты исследований нашли отражение в следующих основных работах и рекомендациях: "Эффективность чизелевания как приема основной обработки", 1986; "Приспособления к плугу для рыхления подпахотного горизонта дерново-подзолистой почвы", 1986; "Рекомендации по углублению и разуплотнению пахотного слоя дерново-подзолистых почв", 1987; "Система ведения агропромышленного производства Смоленской области на 1991-1995 гг", 1991; "Временные рекомендации по предотвращению выбытия земель из сельхозоборота и их деградации, 1997; "Рекомендации по сохранению плодородия неиспользуемых и экстенсивно используемых земель", 1998.

Разработанные и апробированные в производственных условиях способы создания и окультуривания мощного пахотного слоя дерново-подзолистых почв только в 1989 году внедрены на площади 15 тыс.га с экономическим эффектом 1,7 млн.руб.

Разработанные агроэкологически и экономически обоснованные системы земледелия внедрены в АО"Кадинское", ТОО"Татарка" Смоленской области.

Положения, полученные автором, используются в учебном процессе ТСХА, Смоленского сельскохозяйственного института и других вузов.

1.6. Апробация работы.

Результаты исследований докладывались на конференции молодых ученых (Москва, 1975, 1976), Всесоюзной научно-методической конференции "Современные методы исследований в агрономии"(Барнаул, 1990); научно-практических региональных и международных конференциях , Смоленск (1986, 1988, 1990, 1992, 1994, 1995, 1996, 1997, 1998); Всесоюзном совещании участников географической сети длительных опытов с удобрениями и другими агрохимическими средствами (Москва, 1998)

1.7. Публикации.

По материалам диссертации в различных источниках опубликовано 68 печатных работ, в том числе монография (в соавторстве)

з

"Энергосберегающие технологии обработки почвы"( 1990г.). Основные положения диссертации изложены в 52 работах и приведены в автореферате.

1.8. Объем н структура работы.

Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, предложений производству, списка литературы, приложений.

Работа изложена на 388 страницах машинописного текста, содержит 126 таблиц, 2 рисунка ,43 приложения.'

Список литературы включает 436 источников, в том числе 69 на иностранных языках.

Автор выражает признательность сотрудникам кафедр земледелия и методики опытного дела МСХА и Смоленского сельскохозяйственного института за оказание помощи и поддержку в выполнении диссертационной работы.

2. Содержание работы

2.1. Агроэкологическое состояние систем земледелия и перспективы их оптимизации.

По результатам критического анализа отечественной и зарубежной научной литературы установлены негативные последствия интенсивных методов в земледелии такие, как эрозия и переуплотнение почвы, загрязнение аг-роценозов пестицидами и остатками внесенных с удобрениями питательных веществ, большие материальные и энергетические затраты при обработке почвы и т.п.

В связи с обострением противоречий между интенсивными системами земледелия и окружающей средой возникает настоятельная необходимость перевода земледелия на альтернативные основы, позволяющие превратить земледелие в отрасль, безвредную для окружающей среды и обеспечивающую потребителя экологически безопасными продуктами питания.

Несмотря на довольно значительное число научных публикаций по затрагиваемой проблеме, все они, как правило, не носят системного характера, а дают оценку частным конкретным факторам, составляющих элементы систем земледелия. Практически отсутствуют данные по количественной оценке влияния отдельных звеньев систем земледелия при их агроэкологической оптимизации на продуктивность агроценоза.

В связи с изложенным, нами определены задачи исследований по указанной проблеме.

2.2. Условия и методика проведения исследований.

Основные исследования проводились в период с 1974 по 1998 гг. в пяти стационарных полевых опытах на легко- и среднесуглинистых разно-окультуренных дерново-подзолистых почвах.

Длительный полевой опыт ТСХА заложен А.Г.Дояренко по инициативе Д.Н. Прянишникова в 1912 году на легкосуглинистой дерново-среднеподзолистой почве. Длительный опыт по окультуриванию старопахотных легкосуглинистых почв заложен в 1956 году под руководством профессора В.В. Гриценко на опытной станции Полеводства ТСХА. >

Другой длительный опыт по окультуриванию старопахотных легкосуглинистых дерново-среднеподзолистых почв заложен В.В.Гриценко и В.Е. Егоровым на опытной станции Полеводства ТСХА в!955 году. Полевой многофакторный опыт по изучению вопросов интенсивного окультуривания низкоплодородных среднесуглинистых дерново-подзолистых почв проводился с 1985 по 1988 гг. в бывшем учхозе ТСХА "Коробово" Вяземского района Смоленской области. Другой полевой двухфакторный опыт по изучению методов экологизации земледелия заложен в 1991 году на опытном поле Смоленского сельскохозяйственного института на среднесуглинистой дерново-подзолистой почве.

Опыт заложен методом расщепленных блоков в четырехкратном повторении. Площадь делянки I порядка равна 236,8 м2, II порядка - 75,8 м2. Учетная площадь делянки составляет 44 м2.

Кроме полевых стационарных опытов отдельные вопросы, касающиеся темы исследований, изучали в 17 краткосрочных мелкоделяночных, вегета-ционно-полевых, вегетационных, лизиметрических и лабораторных опытах в Московской сельскохозяйственной академии им К.А. Тимирязева и Смоленском сельскохозяйственном институте.

Физические, химические, физико-химические, биологические и микробиологические исследования выполняли по общепринятым методикам, а дыхание почвы по собственной методике.(1973)

Биоэнергетическую оценку исследуемых вариантов проводили по Базарову и др. (1983). Экспериментальные данные обработаны на ПЭВМ по собственным программам (Вьюгин и др., 1986), а также с использование программы 81а1ап. Исследования по теме проведены под научным руководством Вьюгина С.М. и при его личном участии.

Климат региона, в котором проводились исследования, умеренно-континентальный с достаточно прохладным летом. Сумма среднесуточных температур выше +10°С в Смоленской области, где проводились последние исследования, составляет 2100°С. Среднегодовое количество осадков составляет 625 мм. Гидротермический коэффициент равен 1,5-1,6.

Известно, что Центральные районы Нечерноземной зоны России относятся к зоне достаточного увлажнения с преобладанием избыточно влажных (30%) и влажных (32%) лет. Вероятность повторения лет с засушливыми условиями может составлять 5%, а полузасушливыми 12% (Шашко, 1967). Исходя из этого, вероятность повторения погодных условий вегетационных периодов 1974-1998 гг. составляет 83%, что позволяет достаточно объективно оценить агроэкологическую степень влияния различных звеньев систем земледелия агроландшафтной направленности.

Результаты исследований.

3. Оптимизация плодородия дерново-подзолистых почв в системах земледелия экологической направленности.

3.1. Влияние агроэкологически обоснованных систем удобрения и обработки почвы на состояние агрофизических свойств дерново-подзолистых почв.

Оптимизация физических свойств дерново-подзолистых почв возможна лишь при рациональном сочетании всех агротехнических факторов окультуривания пахотного и подпахотного слоев.

В длительном опыте ТСХА в условиях бессменного пара и бессменной ржи исследовались агрофизические свойства разноудобренной легкосуглинистой дерново-подзолистой почвы. Установлено, что интенсивная обработка бессменного пара повышает твердость и плотность пахотного слоя на 33,6% и 10,7%, подпахотного на 15,4% и 7,5% по сравнению с плотностью и твердостью почвы бессменной ржи.

Систематическое унавоживание бессменного пара и бессменной ржи обусловило уменьшение значений данных агрофизических показателей вследствие повышения ее гумусированности. Установлена тесная отрицательная корреляционная связь между твердостью и гумусированностью почвы (г=-0,72) при соответствующем уравнении прямолинейной регрессии у=32,7-16,1х в интервале твердости от 9,7 до 35,4 кг/см2

Снижение затрат труда и материальных средств при проведении обработки возможно лишь при оптимальных значениях агрофизических свойств почвы. Проведенные нами исследования в длительном опыте станции Полеводства ТСХА в течение 1974-1976 гг. позволяют констатировать, что твердость почвы пахотного слоя в среднем за три года измерений колеблется от 17,2 до 20,2 кг/см". В слое 20-40см значения показателей различны и зависят от способа обработки. Так, подпахотное рыхление, проводимое при вспашке почвоуглубительными лапами снижает твердость на 12,4 кг/см" или на 47,3%, глубокое безотвальное рыхление - на 10,6 кг/см2 или на 37,9%. Твердость подпахотного слоя при дисковании оказалась такой же, как и по вспашке и равнялась 39,2 кг/см2.

Исследованиями было установлено, что за верхнюю границу оптимальной плотности пахотного слоя легокосуглинистой среднеокультуренной дерново-подзолистой почвы в звене севооборота: озимая пшеница - картофель - озимая пшеница в среднем за вегетацию можно принять 1,26-1,31 г/см3, а для твердости 17,2-20,2 кг/см2. Для окультуренной почвы (содержание гумуса в слое 0-20 см составило 2,6%) фактические параметры плотности изменяются от 1,14 до 1,27 г/см3, твердости от 12,7 до 19,4 кг/см2 и соответствуют оптимальным значениям.

В семипольном зернотравянопропашном севообороте в условиях Смоленской области (бывший учхоз ТСХА "Коробово") проводились исследова-

ння в 1985-1988 гг. по созданию мощного окультуренного пахотного слоя путем использования разноглубинных приемов обработки почвы, внесения органических и минеральных удобрений. Установлено улучшение ряда агрофизических свойств пахотного и особенно подпахотного слоев низко-окультуренной среднесуглинистой дерново-подзолистой почвы за счет тщательного разрыхления подпахотного слоя ножами-щелерезами конструкции Смоленского СХИ и чизельными плугами на фоне органических и минеральных удобрений.

Таблица 1. Агрофизические свойства почвы естественного состояния и оптимальные для отдельных сельскохозяйственных культур.

Показатели Слой почвы, см. Показатели естественно го состояния почвы Оптимальные показатели для культур

горохо-овсяная смесь ячмень, гречиха оз. рожь, оз. пшеница кукуруза нз силос мн. травы (сено)

Плотность, г/см 3 0-20 20-40 1,20-1,45 1,35-1,55 1,15-1,45 1,30-1,45 1,15-1,35 1,35-1,40 1,20-1,40 1,30-1,45 1,20-1,45 1,30-1,55 1,25-1,45 1,32-1,48

Твердость, кг/см 2 0-20 20-40 20-25 25-35 10-15 20-25 15-20 20-25 12-16 20-25 5-8 15-18 18-20 25-30

Водопрочность. % 0-20 20-40 65-70 50-55 65-70 50-55 70-75 55-60 70-75 60-65 65-70 60-65 75-80 65-75

Коэффициент структурности 0-20 20-40 2,10 1,11 2,10 1,11 2,66 1,35 2,94 1,81 2,10 1,81 3,50 2,43

Наименьшая вла-гоемкость, мм 0-20 20-40 30-35 26-30 25-30 20-25 25-30 20-25 25-30 20-25 30-35 20-25 25-30 20-25

Более сильный разуплотняющий эффект подпахотного слоя отмечен на фоне органических и минеральных удобрений с использованием чизельных плугов. Аналогичные изменения агрофизических свойств произошли и в условиях другого двухфакторного опыта на опытном поле института в учхозе "Смоленское" на среднеокультуренной дерново-подзолистой почве. Заметное улучшение агрофизических показателей произошло на органическом фоне (в среднем за год внесено 15 т/га навоза) при совместном чизелевании на 35 см и дисковании на 10-12 см.

Для разработки и освоения агроэкологически обоснованных систем земледелия нами предпринята попытка моделирования естественных (равновесных) и оптимальных показателей агрофизических свойств среднеокультуренной среднесуглинистой дерново-подзолистой почвы для основных сельскохозяйственных культур Нечерноземной зоны России (табл.1).

По разности между естественными (равновесными) и оптимальными параметрами можно определять их значимость и намечать конкретные способы оптимизации для создания наилучших почвенных условий возделываемым культурам.

Оптимальные параметры твердости, плотности, водопрочности структуры и коэффициента структурности равны или даже несколько больше естественных, в пахотном и подпахотном слоях. Это дает право сделать вывод, что с точки зрения оптимизации этих показателей под сельскохозяйственные культуры после шестилетнего интенсивного окультуривания нет необходимости затрачивать большие энергетические средства на проведение частых и глубоких обработок. В этом случае можно чаще использовать мелкорыхля-щие обработки для доведения почвы до мелкокомковатого состояния с вышеуказанными параметрами агрофизических свойств.

3.2. Изменение агрохимических свойств дерново-подзолистых почв в системах земледелия экологической направленности.

Разбалансировка экологического равновесия в агробиоценозе обусловлена во многом нарушениями норм и технологий внесения агрохимических средств. Следствием подобного использования агрохимикатов, особенно в интенсивном земледелии, является снижение экологической устойчивости агроландшафтов.

Изучаемые в течение 1974-1976 гт. в длительном опыте станции Полеводства ТСХА способы разноглубинной обработки в звене севооборота: озимая пшеница-картофель-озимая пшеница при соответствующих системах удобрения существенным образом изменяют содержание основных элементов питания в почве.

Малоинтенсивная почвозащитная дисковая обработка на 10-12см способствует повышению в пахотном слое легкогидролизуемого азота, подвижного фосфора и обменного калия в среднем на 15-19% по сравнению с отвальной вспашкой. Применяемое в опыте подпахотное рыхление на 15 см, проводимое со вспашкой на 25 см снижает кислотность почвенного раствора, наличие подвижного алюминия в подпахотном слое при одновременном повышении суммы поглощенных оснований и содержания гумуса на 0,13%. При глубоком безотвальном рыхлении до 40 см происходит некоторое снижение подвижных форм питания в пахотном слое вследствие их распределения по всей глубине (0-40 см) обрабатываемого горизонта, что в перспективе приведет к окультуриванию слоя 0-40 см.

В условиях Смоленской области (бывший учхоз ТСХА "Коробово"), где изучали приемы углубления пахотного слоя на фоне разных систем удобрения в зернотравянопропашном севообороте, получены аналогичные данные. Содержание гумуса по вспашке с щелеванием и чизелеванию с дискованием при сочетании локального внесения половинной дозы минеральных удобрений с органическими на 15-18% выше по сравнению с полной дозой минеральных удобрений. Следовательно, при локализации минеральных удобрений слабее шли процессы минерализации гумусовых веществ.

8

На основании проведенных исследований на среднесуглинистой дерново-подзолистой низкоокультуренной почве следует, что оптимизация агрохимических свойств корнеобитаемого слоя достигается при применении чизелевания на 35 см с дискованием на 10-12 см и вспашки на 22 см плугами с ножами-щелерезами на 35 см в сочетании минеральных и органических удобрений (Н52Р46К64+24 т/га навоза). Причем минеральные удобрения вносились локально под озимую рожь, лен и ячмень сеялкой СЗУ-3,6, под картофель и кукурузу приспособлением к культиватору КОН-2,8.

За шестилетнюю ротацию севооборота (1991-1996 гг., учхоз "Смоленское") технологии с неодинаковой насыщенностью минеральными и органическими удобрениями на фоне разноглубинных обработок существенно изменили агрохимические свойства пахотного и подпахотного слоев среднесуглинистой дерново-подзолистой почвы (табл.2).

Таблица 2. Количественные изменения агрохимических свойств среднесуглинистой дерново-подзолистой почвы за ротацию сево-_оборота (1996 г. к 1991 г.), учхоз "Смоленское"._

Обработка Фон рНсол Р2О5 ,мг/кг К20, мг/кг

слой почвы, см

0-20 20-40 0-40 0-20 20-40 0-40 0-20 20-40 0-40

Вспашка на минимальный -0,21 -0,10 -0,31 +4 -! +3 +6 +8 +14

20-22 см умеренный -0,22 -0,12 -0,34 +3 +5 +8 -5 +2 -3

интенсивный -0,48 -0,14 -0,62 +24 +17 +41 +32 +6 +38

органический +0,42 +0,11 +0,53 -3 +1 -2 -41 +5 -36

Вспашка на минимальный -0,19 +0,10 -0,09 +1 +1 +2 -3 +15 +12

20-22см с те умеренный -0,26 +0,12 -0,14 +11 +16 +27 -3 +19 +16

леванием на интенсивный -0,52 +0,18 -0,34 +25 +28 +53 +38 +27 +65

35 см органический +0,44 +0,23 +0,67 -8 +3 -5 -33 +23 -10

Чизелеванпе минимальный -0,15 +0,14 -0,01 +15 +2 +17 +7 +24 +31

на 35 см с умеренный -0,26 +0,10 -0,16 +15 +14 +29 +3 +33 +36

дискованием интенсивный -0,34 +0.12 -0,22 +34 +22 +56 +40 +37 +77

на 10-12 см органический +0,56 +0,26 +0,82 -1 +8 +7 -34 +26 -8 |

Калий , как и фосфор,придает растениям устойчивость к полеганию , к заболеваниям различными грибными и бактериальными болезнями , улучшает качество сельскохозяйственной продукции. Приведенные в таблице 2 данные по содержанию обменного калия по вариантам опыта неодинаковы

как для пахотного , так и для подпахотного слоев среднеокультуренной дерново- подзолистой почвы.

На реакцию почвенного раствора наибольшее положительное влияние оказали органические удобрения, особенно в сочетании с почвоуглубляю-щими обработками. На фоне обычной вспашки рН пахотного слоя органического фона за ротацию севооборота увеличилась на 0,42 ед., подпахотног.о на 0,11 ед., по вспашке со щелеванием - на 0,44 и 0,23 ед. и по чизелеванию с дискованием - на 0,56 и 0,26 ед. Следовательно, в отношении этого важного показателя оптимальным оказалось сочетание органической системы удобрений и рыхления подпахотного слоя почвы на 35 см ножами-щелерезами и чизельными плугами. Локальное внесение пониженных доз минеральных удобрений также снижало кислотность почвенного раствора пахотного и подпахотного слоев почвы по сравнению с умеренными и интенсивными дозами туков, внесенных вразброс.

Содержание подвижного фосфора заметно снизилось в слое 0-20см на органическом фоне по способам обработки на 3;8 и 1 мг/кг. В подпахотном слое, наоборот, отмечается по вспашке на 20-22 см минимальное увеличение содержания фосфора на 1 мг/кг по вспашке с щелеванием рост составил 3 мг/кг, по чизелеванию с дискованием 8 мг/кг. Следует отметить более интенсивные темпы окультуривания слоя 0-40 см при сочетании глубокой безотвальной и мелкорыхлящей обработок при органической системе удобрений и локальном способе внесения невысоких доз минеральных туков. Интенсивное шестилетнее внесение высоких доз минеральных удобрений увеличило запасы подвижных форм фосфора в пахотном слое на 24;25 и 34 мг/кг, подпахотном на 17, 28 и 22 мг/кг.

Динамика изменений обменного калия по разным системам удобрений была подобной изменениям подвижного фосфора.

3.2.1. Содержание тяжелых металлов в почве и растениях при экологизации земледелия.

Изучение содержания тяжелых металлов проводили в вегетационно-полевых, мелкоделяночных и полевых стационарных опытах.

Баланс тяжелых металлов в четырехлетнем мелкоделяночном опыте при разных технологиях возделывания ячменя неодинаков. При умеренных дозах удобрений (^Р^К.^) и интенсивных (Ы^РедКад) отмечен отрицательный баланс, то есть вынос тяжелых металлов оказался выше его поступления в почву. Ежегодное внесение навоза в количестве 30 т/га обеспечивает накопление токсикантов в почве для меди на уровне 54,31-64,07 г/га; цинка -117,90-136,22 г/га; марганца - 560,66-606,05 г/га и никеля - 71,27-71,99 г/га.

В вегетационно-полевых опытах изучали поведение тяжелых металлов в почве и растениях при различной плотности корнеобитаемой зоны (1,0 и 1,5 г/см ) и способах применения минеральных удобрений. Исследованиями установлено, что плотность почвы и локализация удобрений по-разному влияют на поведение токсических химических элементов.

ю

В 1992 году вынос урожаем горохо-овсяной массы марганца, никеля, меди и цинка увеличивался при локализации минеральных удобрений и снижался с повышением плотности почвы. В отношении кобальта такой закономерности не наблюдалось. В .1993 году тенденция к увеличению выноса с урожаем никеля, меди и цинка повторилась при локальном внесении удобрений только в почве повышенной плотности. При плотности, близкой к оптимальной, локализация удобрений вызывала увеличение выноса с урожаем только марганца и меди и снижение никеля и кобальта.

Таким образом, зависимость поглощения корневой системой растений тяжелых металлов от почвенно-климатических условий и способов внесения удобрений проявляется довольно ясно. Однако механизм этого явления требует глубокого изучения.

Полученные в опыте оригинальные данные по поведению стронция в системе "почва-растение" , сведены в таблице 3.

Таблица 3. Содержание стабильного стронция в почве н растениях (мг/кг сухого вещества), среднее за 1992-1993 гг.

Способ внесения удобрений Почва Растения

плотность: плотность почвы

1,0 г/см3 1,5 г/см3 1,0 г/см3 1,5 г/см3

горох овес горох овес

Вразброс 5,03 6,61 17,8 3,6 15,7 3,2

Локально 3,51 5,60 10,0 3,0 14,4 2,4

Вразброс + стронций 13,22 15,22 24,9 6,3 34,4 9,5

Локально + стронций 10,41 12,44 26,9 7,8 42 6,7

Оказалось, что при внесении одной и той же дозы стронция в сосуды с разной плотностью его содержание не изменялось. В тоже время, при разбросном внесении минеральных удобрений содержание этого элемента было на 1,01 - 1,52 мг на 1 кг почвы больше, чем при локальном.

Поглощение стронция горохом при плотности 1,0 г/см3 в среднем было в 3,92 раза больше, чем поглощение стронция овсом, а при плотности почвы 1,5 г/см3 в 5,2 раза. По сравнению с контролем на вариантах с внесением стронция его содержание в горохе при плотности 1,0 г/см3 было при

п

разбросном внесении удобрений в 1,4 раза больше, при локальном - в 2,7 раза, при плотности почвы 1,5 г/см3- соответственно в 2,2 и 2,9 раза, а по овсу соответственно в 1,8; 2.6; 3,0 и 2,8 раза. Следовательно, изучаемые в опыте растения больше поглощают дополнительно внесенный в почву стронций при повышенной плотности и локализации удобрений. При этом его в несколько раз больше обнаружено в зеленой массе гороха.

3.3. Оптимизация биологических свойств разноокультуренных дерново-подзолистых почв в зависимости от приемов основной обработки и химизации.

При переходе на экологически обоснованные методы ведения земледелия особое внимание должно уделяться биологическому состоянию почвы, которое позволяет с достаточной точностью оценить характер влияния на почву агрохимикатов, приемов окультуривания и других факторов интенсификации.

Для характеристики биологической активности почвы при разных технологиях возделывания озимой ржи в длительном опыте ТСХА использовали комплексный метод. Исследованиями установлено наличие тесной связи (г=0,7-0,8) между отдельными показателями биологической активности почвы и уровнем ее гумусированности. Малоинтенсивная обработка почвы под бессменной рожыо привела к накоплению органического вещества и соответственно увеличила продуцирование углекислоты до 3,53 мкл/г-час. Интенсивная обработка почв в плодосменном севообороте, наоборот, привела к значительному сокращению запасов гумуса и уменьшила выделение почвой углекислого газа до 2,41 мкл/г-час, или в 1,46 раза. Применение минеральных удобрений повышало общую биогенность почвы на 35-37%.

Исследования, проведенные в длительном опыте по окультуриванию старопахотных земель на опытной станции Полеводства ТСХА, также свидетельствуют о наличии положительной связи между биологической активностью и гумусированностью пахотного и подпахотного слоев в звене севооборота: озимые-пропашные-озимые на фоне разноглубинных обработок. Так, манометрирование почвы показало, что при дисковании почвы на 10-12 см продуцирование ею углекислоты на 32,5-33,8% выше по сравнению с другими приемами основной обработки почвы. В подпахотном горизонте биологические процессы прямо зависели от степени аэрации и гумусированности почвы. Наибольшая бногенность слоя 20-40 см отмечена при безотвальном рыхлении на 40 см и вспашке на 25 см с подпахотным рыхлением на 15 см.

Исследования биологических свойств среднесуглинистой дерново-подзолистой почвы проведены также на опытном поле бывшего учхоза ТСХА "Коробово" в семипольном севообороте в посевах кукурузы . Результаты наблюдений убедительно показали положительную роль почвоуглуб-ляюших обработок по таким биологическим показателям как выделение почвой углекислого газа и поглощению ею кислорода, содержание нитратного азота, разложение льняного полотна и изменение окислительно-восстановительного потенциала особенно на фоне совместного внесения ми-

12

неральных и органических удобрений (Ни0РиоК|5о+ 56 т/га навоз). Такая активизация биологических процессов приводит к достаточно быстрому окультуриванию подпахотного слоя почвы.

Наиболее перспективна в деле оптимизации биологических процессов локализация внесения минеральных удобрений Трехлетние исследования, проведенные на опытном поле Смоленского филиала ВИУА, свидетельствуют о том, что биологическая активность почвы оказалась выше при локальном способе внесения удобрений на уплотненной почве. Так, суммарная оценка биологической активности показала, что локализация удобрений увеличивала биологический "тонус" при плотности почвы 1,0г/см3на 14%, а при плотности 1,5г/см3 - на 25%.

Исследованиями последних лет было выявлено, что локальный способ внесения минеральных удобрений (^Р«!^) на умеренном фоне химизации оказал положительное влияние на биологическое состояние почвы, как в пахотном, так и в подпахотном горизонтах.

Использование повышенных норм минеральных удобрений (ИэдРтоКзд) на интенсивном фоне вызывало депрессию ряда биологических процессов, в результате чего суммарная биологическая активность существенно снижалась по сравнению с умеренным фоном , в среднем на 37%.

Подтверждена отмеченная в ранее проведенных опытах в условиях ТСХА и учхоза "Коробово" положительная роль почвоуглубляющих обработок на фоне умеренных доз органических и минеральных удобрений в динамике биологических процессов пахотного и подпахотного слоев средне-суглинистой дерново-подзолистой почвы.

3.4. Оптимизация гумусового состояния разноокультуренных дер-ново-подзолнстых почв при совершенствовании систем обработки и удобрения.

Оптимизация гумусового баланса разноокультуренных дерново-подзолистых почв возможна лишь при научно обоснованном сочетании энергосберегающих и почвоуглубляющих обработок на фоне сбалансированных систем удобрения.

Для определения оптимизации баланса гумуса мы использовали условный показатель "фактор минерализации", представляющий собой отношение фактического расхода гумуса при принятой системе обработки и удобрений к количеству гумуса, минерализация которого должна теоретически удовлеворять' потребность культуры в азоте для создания заданного урожая (Вьюгин С.М.,1978). В настоящее время'многие его параметры пересмотрены и уточнены, введены поправочные коэффициенты, что позволяет использовать расчетные данные показателя с более высокой надежностью.

Данные, представленные в таблице 4, однозначно свидетельствуют о том, что культура растений и технология ее возделывания решающим образом определяет характер, направления и темпы превращения органического вещества почвы.

Таблица 4. Оценка технологии обработки и удобрений при оптимизации гумусового состояния почвы. Длительный опыт ТСХА. Средине данные за 1972-1977 гг. (по Лыкову, Выогнну, 1980 г.)

Технологии Удобрения Углерод гумуса, кг/га Фактор

оораоотки минерали зации

ежегодная фактическа новообразо суммарная ми-

минерализа я убыль (-) вание гуму- нерализация

ция (по выносу азота или прибыль (+) совых веществ

урожаем )

Под бес- 0 354 -250 247 497 1,40

сменную

рожь

NPK 308 -100 300 400 1,30

Под бес- 0 368 -650 28 678 1,84

сменный

картофель

NPK 402 -550 47 597 1,49

Под бес- 0 144 -150 68 218 1,51

сменный лен

NPK 168 -100 127 ' 227 1,35

Под озимую 0 330 -484 179 664 2,01

рожь в сево-

ооороте

NPK 371 -300 248 548 1,47 1

Так, бессменная рожь с ограниченной обработкой почвы характеризуется самой малой величиной фактора минерализации (1,40). Картофель оставляет мало растительных остатков и покрывает свои потребности в азоте большей частью за счет запасов гумуса. В связи с многократными обработками под картофель происходит интенсивная нерациональная минерализация органического вещества, и значительная часть минерализовавшегося азота теряется из почвы, увеличивая тем самым его непроизводительные потери. Фактор минерализации для картофеля составил 1,84. Это значит, что непроизводительные потери органического вещества почвы под бессменным картофелем на 32% выше, чем под бессменной рожью.

Данные таблицы свидетельствуют о том, что систематическое применение минеральных удобрений уменьшает величину фактора минерализации. Если в почве под бессменной рожью величина фактора минерализации на контрольном варианте составила 1,40, то по фону ЫРК -1,30. Длительное применение минеральных удобрений под бессменные картофель и лен, и в

севообороте также снижает величину фактора минерализации. В том же направлении действует периодическое известкование дерново-подзолистой почвы.

Снижение непроизводительных потерь органического вещества рри сельскохозяйственном использовании дерново-подзолистой почвы путем совершенствования обработки почвы является важным направлением оптимизации гумусового баланса почвы. Подтверждают это положение результаты длительного опыта станции Полеводства ТСХА. Во всех вариантах основной обработки почвы в опыте получены примерно равные урожаи (различия статистически недоказуемы). Что же касается динамики органического вещества почвы, то есть затрат гумуса на получение равного урожая, то здесь различия весьма значительны. В условиях применяемой системы удобрения в севообороте основная обработка почвы по типу отвальной вспашки на 25 см и вспашки на 25 см с подпахотным рыхлением на 15 см обеспечивает примерно равное количество гумуса: значения величины фактора минерализации также примерно одинаковы (1,41 и 1,34).

Мелкая малоинтенсивная обработка почвы по типу "дискования", наоборот, способствовала снижению величины фактора минерализации до 1,04. Минимальное значение величины этого фактора при поверхностной почвосберегающей обработке указывает на более рациональное использование продуктов минерализации органического вещества почвы полевыми культурами. Безотвальное рыхление почвы на 40 см при существующих параметрах систем удобрений и структуры посевов в севообороте оказалось наиболее нерациональной обработкой с точки зрения гумусового баланса (фактор минерализации 2,07). Результаты проведенных в течение 1985-1997 гг. исследований по оптимизации гумусированности среднесуглинистых почв с высокой степенью точности подтверждают результаты прошлых исследований, проведенных в условиях длительного опыта ТСХА и двух длительных опытов станции Полеводства ТСХА.

Анализ экспериментальных данных, полученных в опытах на разногу-мусированных почвах, позволяет установить принципиальное положение о том, что окультуренные высокогумусированные почвы расходуют больше органического вещества не только для удовлетворения потребности растений в азоте, но и для поддержания высокого биологического потенциала.

Таким образом, основные условия оптимизации гумусового баланса на разногумусированных почвах требуют неодинакового возмещения органического вещества: на малогумусированных почвах бездефицитный баланс гумуса достигается с гораздо меньшими усилиями, чем на высокогумусиро-ванных почвах. В этой связи приемы обработки почвы по своему воздействию на превращение органического вещества в разногумусированных почвах будут существенно различаться: на окультуренных почвах отрицательная роль обработки в изменении гумусового баланса значительно больше.

Подтверждением вышеуказанного являются результаты определения фактора минерализации по вариантам ряда мелкоделяночных опытов, проведенных за время исследований. Если в опыте на малогумусированной почве

15

в среднем по четырем способам обработки величина фактора минерализации составила 1,16, то в опыте на высоког\'мусированной почве она была равна 1,35.

Применение высоких доз минеральных удобрений, как правило, снижает величину фактора минерализации, поскольку доля использования культурными растениями почвенного азота значительно снижается, при этом часть азота потребляется растениями из удобрений.

Как отмечалось выше, увеличение потерь гумуса на окультуренной почве зависит не только от уровня интенсивности биологических процессов, но и в значительной степени обусловлено большим выносом почвенного азота полевыми культурами.

Так, в наших опытах величина урожая на высокогумусированной (2,68 %) почве в 1,5-2,5 раза выше, чем на слабоокультуренной, с низким содержанием гумуса (0,98 %) в почве. В связи с этим, расход гумуса для удовлетворения потребности полевых культур в азоте на окультуренной почве без применения удобрений в 2 раза, а по фону минеральных удобрений в 1,6 выше, чем на слабоокультуренной.

Двухлетние вегетационно-полевые опыты с использованием К1'доказывают, что окультуренность и степень уплотнения почвы (через пог следнюю мы пытались моделировать интенсивность обработки почвы) оказывают большое влияние на превращение азота удобрений и почвы. Так, в среднем за время опыта уплотнение почвы с 1,0 г/см3 до 1,4 г/см3 способствовало значительному увеличению коэффициента использования меченого азота удобрений. Аналогично уплотнению действовало на коэффициент использования азота применение ингибитора нитрификации '^-Бегуе".

Большие масштабы использования азота удобрений на вариантах с уплотнением (малоинтенсивная обработка) и применением ингибитора нитрификации обусловливают уменьшение потребления азота собственно почвы, то есть способствуют оптимизации потребления гумусовых запасов почвы.

4.0птимнзация применения средств защиты растении от сорняков, вредителей и болезней.

По данным, полученным в длительном опыте ТСХА, можно судить о положительной роли севооборота в снижении засоренности озимой ржи по сравнению с выращиванием озимой ржи в течение 66 лет на одном и том же поле. В севообороте общий уровень засоренности составил 56,6%, в т.ч. малолетними 59,3%, а многолетними сорняками 37,8% от засоренности бессменной ржи.

В практике сельскохозяйственного производства большое значение для уничтожения сорняков имеет механическая обработка почвы.

Проведенные нами в 1974-1976 гг. исследования показали неодинаковое влияние способов основной обработки не только на засоренность пашни, но и на общий запас семян сорняков и их распределение по профилю почвы. В пахотном слое по вспашке находилось 72,5%, по вспашке с подпахотным

рыхлением 64,1% всех запасов семян, то по дискованию 74,7%, а по безотвальному рыхлению - 95,9%. Такое распределение семян по профилю почвы привело к разному уровню засоренности культурных растений по способам обработки. Рост засоренности посевов полевых культур по сравнению со вспашкой по дискованию составил 124%, а по глубокому безотвальному рыхлению 132%.

Дальнейшие исследования по разработке комплекса защитных мероприятий от сорных растений проводились в условиях Смоленской области при разных комбинациях основных звеньев систем земледелия. В семипольном севообороте бывшего учхоза ТСХА "Коробово" подтверждена соро-очищаюшая эффективность отвальной вспашки на 20-22 см самостоятельной или с рыхлением подпахотного горизонта специальными щелевателями, разработанными с участием автора, как в посевах ячменя, так и в посевах кукурузы на силос. Применяемые в опыте гербициды способствуют снижению засоренности ячменя и кукурузы по минеральному фону в среднем в 4,1-4,2 раза, а по органо-минеральному фону в 6,2-6,5 раза. Подобное снижение засоренности ячменя и кукурузы при совместном внесении органических и минеральных удобрений способствует повышению культуры современного земледелия. Возделывание в севообороте клеверотимофеечной смеси многократно снизило засоренность посевов за счет их биологического подавления культурными растениями.

Используя метод корреляционного и регрессионного анализа можно установить ряд интересных взаимосвязей между продуктивностью сельскохозяйственных культур и фитосанитарным состоянием посевов. Например, между общей засоренностью посевов и урожайностью ячменя (табл.5) обнаружена тесная отрицательная корреляционная зависимость равная -0,89. Судя по коэффициенту детерминации урожайность на 79% определяется обилием сорняков во время их учета в посевах ячменя.

Таблица 5. Статистическая зависимость между фитосанитарным состоянием посевов ячменя и его продуктивностью, полевой опыт, учхоз "Смоленское", 1994 г.

Показатели Коэффициент корреляции Коэффициент детерминации Уравнения регрессии

Всего сорняков, шт/м2 -0,89 79,2 у=52,9-0,27х

в т.ч. малолетние, шт/м2 -0.85 72,3 у=53,5-0,35х

в т.ч. многолетние, шт/м2 -0,92 84,6 у=49,76-1,02х

Сухая масса сорняков, г/га -0,85 72,3 у=50,05-1,92х

Корневые гнили. % -0,78 60,8 у=54,64-1,63х

Болезни листьев и колоса % -0,69 47,6 у=63,33-1,83х

Вредители, шт/м2 -0,82 67,2 у=48,88-0,34х

Взаимосвязь между общим числом сорняков и урожаем ячменя описывается уравнением прямой линии у=52,9-0,27х. Отмечена Также сильная отрицательная корреляционная связь между величиной урожая ячменя и такими показателями фитосанитарного состояния как сухая масса сорняков (г=-0.85), корневые гнили (г=-0,78), развитие болезней листьев и колоса (г=-0,69), которые описываются соответствующими уравнениями регрессии. Установлена тесная отрицательная корреляционная зависимость между численностью вредителей ячменя и его продуктивностью, описываемая следующим уравнением регрессии у=48,88-0,34х.

По другим культурам севооборота также прослеживаются разной степени силы корреляционные связи. Статистическими расчетами установлено, что доля изменений урожайности сена клевера от уровня засоренности посевов оказалась равной 16%, а по сухой массе 14,4%. Это обусловлено количественным и качественным снижением засоренности посевов и уменьшением отрицательного влияния сорняков на формирование травостоя клевера. Это связано с тем, что посевы клевера были отличного качества и в борьбе с сорняками успешно сработал биологический фактор.

В посевах озимой пшеницы доля влияния засоренности в изменении ее продуктивности составила 9,0-17,6%. На первый план в снижении продуктивности озимой пшеницы выходят поражение ее фузариозными корневыми гнилями (коэффициент детерминации равен 54,8%) и болезнями листьев и колоса (коэффициент детерминации равен 77,4%). Таким образом, при оптимизации средств защиты растений необходимо предусматривать мероприятия, направленные на ослабление или полное устранение болезней озимой пшеницы. На основании приведенных уравнений регрессий можно разрабатывать теоретически возможные урожаи сельскохозяйственных культур при оптимизации их фитосанитарного состояния. Однако оптимальные параметры будут таковыми в том случае, если составляющие элементы системы земледелия будут находиться на высоком технологическом уровне.

Широкомасштабное использование в сельскохозяйственном производстве пестицидов обеспечивается отрицательными экологическими последствиями на окружающую среду. В этой связи необходим объективный строгий контроль над регламентом химических средств защиты растений, передвижением их по профилю почвы, накоплению в продуктах урожая.

Трехлетни? данные об остатках пестицидов в почве и растениях свидетельствуют о важности этой проблемы при оптимизации применения средств химизации в системах земледелия биологической направленности. Если в первый год использования 2,4ДА 40% в.к. в дозе 2,5 л/га остатки аминной соли в пахотном слое почвы были незначительны (0,002-0,004 мг/кг), то на второй год они составили 0,01-0,06 мг/кг, а на третий год уже был превышен ПДК в 1,5-3,3 раза. Обнаружены остатки гербицида на третий год использования в зерне фуражного ячменя от 0,10 до 0,45 мг/кг в зависимости от норм внесения при ПДК равном 0,1 мг/кг. Почвоуглубление снижает остатки препарата в растительной продукции.

Изучение эффективности комплексного систематического использования химических средств при повторном возделывании ячменя и кукурузы проявилось в мелкоделяночных опытах учхоза "Смоленское". Рассчитанная нами эффективность гербицидов на умеренном фоне (2л/га 2,4 ДА+0,33 л/га лонтрела) составила 63,7%, а при увеличении дозы препарата до 2,5 л/га не обеспечила полной гибели сорняков и составила 79,7%. С другой стороны следует заметить, что на органическом фоне с использованием только агротехнических приемов борьбы с сорняками их гибель составила 67%, то есть она находилась на уровне умеренного использования гербицидов.

Таким образом, используемые в опытах гербициды даже в максимальных дозах не обеспечивают полного очищения посевов не только ячменя, но и такой пропашной культуры как кукуруза. В этой связи необходим поиск более эффективных препаратов. С другой стороны, при переходе земледелия на биологические основы необходимо для ^снижения экологической нагрузки в определенных случаях использовать механические приемы уничтожения сорняков и доведения их числа до безопасного уровня (рис. 1).

•спаши на 20-22 см

вспашка на 20-22 см с щелеванисм на 35 см

дискежамм* на 10-12 см с щелеваиксм на М см

Рис. I Ззспрс1ШОсть посевов ячменя при рззньгх нормах агрокишлсатов к способах обработки, апЫ \ среднее и 1990 - 1993 гг.

а>

5. Агроэкономическая и энергетическая оценка основных звеньев систем земледелия экологической направленности.

Обязательным условием при оценке устойчивости сельскохозяйственных культур при различных системах удобрения должен быть дифференцированный анализ урожайных данных во времени и учет их стабильности при разных уровнях потенциального плодородия. Это наглядно видно при анализе итогов длительного опыта ТСХА.

Сравнение урожайных данных за 64-летний период опыта при внесении в среднем N44.3P47.3K54,5 и 16,3 т/га навоза показывает неодинаковое влияние этих удобрений на эффективное плодородие почвы. Однако при равных урожаях в сравниваемых вариантах показатели потенциального плодородия почвы неизмеримо лучше при систематическом унавоживании.

Вместе с тем влияние потенциального плодородия и гумусированно-сти в длительном опыте ТСХА становится очевидным (даже в условиях принятой агротехники), если погодные условия года сильно отклоняются от среднего многолетнего уровня. Так, средние урожаи озимой ржи и картофеля в экстремальные по погодным условиям годы были всегда выше на вариантах с внесением органических удобрений. Снижение урожаев на унавоженных делянках в экстремальные годы по отношению к урожаям за весь период опыта заметно меньше. .Средний урожай бессменной ржи в экстремальные годы в варианте ЫРК составил 77% от урожая за весь период опыта, а в варианте с внесением навоза - 83%. Аналогичные данные получены по бессменному картофелю 68 и 80% соответственно. Более гумусированные почвы, следовательно, способны лучше противостоять погодным факторам и сохранять благоприятные для роста и развития растений условия.

Результаты статистического анализа динамики урожая озимой ржи свидетельствуют о том, что на унавоживаемых делянках динамика урожаев в большей степени соответствует закону нормального распределения: относительная и абсолютная колеблемость урожайности при большем содержании в почве гумуса самая низкая. Наклон линии регрессии изменяется по вариантам удобрений, причем эти изменения больше для бессменной ржи. Изменение наклона линий регрессии к оси абсцисс свидетельствует о взаимодействии удобрений с погодными и почвенными условиями. Аналогичные результаты получены и для картофеля.

Изменения продуктивности сельскохозяйственных культур при разном сочетании основных звеньев систем земледелия на легкосуглинистых старопахотных дерново-подзолистых почвах хорошо прослеживаются при анализе урожайных данных, полученных в двух длительных опытах станции Полеводства ТСХА. Величина урожаев полевых культур как за весь период проведения опытов (20-22 года), так и за последние три года по изучаемым системам обработки и удобрений существенно не изменялась. Однако, анализируя урожайные данные двух полевых опытов следует отметить факт роста продуктивности сельскохозяйственных культур во времени , что свидетельствует о повышении эффективного плодородия почвы при принятых сево-

20

оборотах , системе удобрения и системе обработки почвы. Отсутствие различий урожаев культур по вариантам опытов свидетельствует о равной эффективности изучаемых звеньев систем земледелия и о возможности выбора наиболее оптимального сочетания основных звеньев систем земледелия.

Анализ урожайных данных, полученных в опыте в учхозе "Коробово" свидетельствует о высокой эффективности углубления пахотного слоя разными орудиями на фоне неодинаковых систем удобрений. За ротацию севооборота самый высокий урожай был получен при сочетании чизелевания и дискования на фоне полной дозы минеральных и органических удобрений ( Ы,04Р9]К|2а+ 20т/га навоза) - 371,1ц/га з.ед. Прибавка урожая по сравнению с обычной вспашкой при тех же удобрениях составила 62 ц/га з. ед. или 20%, при половинной дозе минеральных удобрений, внесенных локально в сочетании с навозом (N52 Р46 К65 + 20т/га навоза), получена прибавка в 16 %. Вспашка с щелеванием обеспечила прирост урожая соответственно в 10 и 9 % по сравнению с обычной вспашкой в среднем по изучаемым фонам удобрений.

Таблица 6. Влияние способов обработки и разных систем применения

агрохимикатов на урожайность культур севооборота, среднее за ротацию, 1991-1997 гг., учхоз "Смоленское".

Обработка Фон Урожайность зерновых е.д. ц/га Процентное отношение к:

вспашке на 20-22 интенсивному фону

Вспашка на 20-22 см Интенсивный 41,1 100,0 100,0

Минимальный 35,4 100,0 86,1

Умеренный 36,7 100,0 89,3

Органический 35,8 100,0 86,5

Вспашка на20-22 см с Интенсивный 44,9 109,2 100,0

щелеванием на 35 см Минимальный 38,2 107,9 85,1

Умеренный 39,4 107,4 87,8

Органический 37,9 105,9 84,4

Чизелевание на 35 см Интенсивный 44,4 108,0 . 100,0

с дискованием на 10- Минимальный 37,8 106,8 85,1

12 см Умеренный 40,7 110,9 91,7

Органический 39,0 108,9 87,8

НСР05 (обработка) 2,4 ц

НСР05 ( фон) 1,8 ц

Анализ урожайных данных свидетельствует о том, что наивысший урожай в пересчете на зерновые единицы был получен в варианте с применением вспашки с щелеванием и чизелевания с дискованием на интенсивном фоне - 44,9 и 44,4 ц/га (табл.6). Остальные фоны, то есть минимальный, умеренный и органический обеспечивали примерно равную продуктивность на уровне 84,4-91,7% от интенсивного фона и прибавки урожая между фонами часто оказывались несущественными или находились на уровне наименьшей существенной разности.

Для обобщающей характеристики действия систем удобрений и дальнейшей их оптимизации в таблице 7 приведена биоэнергетическая оценка возделываемых в опыте культур.

Интенсивная система удобрений (Ы93Р83Кы) повышает энергетическую эффективность возделываемых сельскохозяйственных культур (к=3,21).Энергетический коэффициент по органическому фону ( навоз, 15 т/га ) составил 3,18,а по минимальному (N36 Р31 К3)) - 3,17. То есть по энергетической эффективности оба фона примерно одинаковы.

Таблица 7. Биоэнергетическая оценка различных уровнен использования агрохнмикатов в зернотравяном севообороте, среднее за

1991-1996 гг.

Фон Совокупная энергия Мдж 103 на 1 га. Энергия, накопленная урожаем Мдж 103 на 1 га, Энергетический коэффициент

Минимальный N3,^31 К3| 154,9 490,3 3,17

Умеренный К5;Р46К46 185,9 566.8 3,05

Интенсивный М„Р!3 Кы 191,8 616,0 3,21

Органический 15 т/га, навоз 158 502,3 3,18

Таким образом, биоэнергетическая оценка севооборота свидетельствует о довольно высокой эффективности локального внесения удобрений на минимальном фоне, а также органического фона как главного фактора системы земледелия биологической направленности.

Методы корреляционного и регрессионного анализа позволяют осуществить дифференцированный подход к поиску доли влияния основных свойств почв, определяющих их плодородие в формировании урожаев сельскохозяйственных культур, позволяет расширить возможности поиска оптимальных их показателей при совершенствовании технологии возделывания полевых культур в условиях ландшафтного земледелия. Используя метод множественной регрессии, мы получили модель урожайности озимой пше-

ницы с учетом восьми ведущих переменных агрофизических факторов сред-неокультуренной среднесуглинистой дерново-подзолистой почвы.

У = 0,88X1 + 1,08X2 + 0,38Х3 - 0,32X4 + 0,37X5 + 51,52Х6 - 0,74Х? + 0,31Х8 - 9,23,

где Х| и Х2 - влажность почвы 0-20 см и 20-40 см;

X з и Х4 - твердость почвы 0-20 см и 20-40 см;

X 5 и Х6 - плотность почвы 0-20 и 20-40 см;

X 7 и X» - водопрочность структуры почвы 0-20 см и 20-40 см.

Коэффициент множественной корреляции равен 0,83, а коэффициент детерминации составил 0,69, что соответствует достаточно высокому уровню их надежности и являются обнадеживающим фактором при составлении прогноза урожайности в зависимости не только от динамики агрофизических свойств пахотного и подпахотного слоев после их оптимизации, но и других показателей, приведенных в диссертации.

6. Нормативно-технологические показатели основных звеньев систем земледелия экологической и агролаидшафтной направленности .

Создание экологически оправданных систем земледелия и устойчивых агроландшафтов требует разработки определенных параметров рационального соотношения структуры сельскохозяйственных угодий и режимов их использования, нормативных показателей, агротехнических, почвенных и ландшафтных элементов. Однако на современном этапе развития общества это усложняется вследствие природной индивидуальности, разнообразия и сложного взаимодействия элементарных ландшафтов, а также практически полным отсутствием единой системы нормативов. В связи с этим, на основании собственных исследований и литературных данных нами предпринята попытка сформировать некоторые нормативы основных звеньев систем земледелия экологической и ландшафтной направленности.

6.1. Нормативы воспроизводства почвенного плодородия.

Для ведения сельскохозяйственного производства в настоящее время при недостаточном обеспечении материально-техническими ресурсами необходимо добиться такого положения, когда круговорот питательных веществ в агроценозе был бы стабильным. Потенциальная величина почвенного плодородия будет в данном случае невысокой и не совпадать с оптимальными показателями из-за малого поступления искусственных химикатов и вследствие этого параметры почвенного плодородия, или нормативы почвы, будут невысокими. Однако они позволят получать относительно устойчивые средние уровни урожаев зерновых, пропашных и кормовых культур с хорошим качеством.

В таблице 8 приведены нормативы воспроизводства плодородия дерново-подзолистых среднесуглинистых почв для основных сельскохозяйст-

23

венных культур с использованием собственных данных и данных других авторов (Смирнов, 1968,1972; Карманов, 1995; Каштанов, 1988; Литвак,1990; Образцов,1990; Кирюшин,1996; Каштанов,Явтушенко,1997;).

Таблица 8. Нормативы воспроизводства плодородия дерново-

подзолистых среднесуглинистых почв при возделывании основных сельскохозяйственных культур в неинтенсивных системах земледелия.

Нормативы Яровые зерновые культуры Озимые зерновые культуры Пропашные культуры Однолет. травы на сено Многолетние травы на сено

Агрофизические свойства

Мощность пахотного слоя,см 20 20 22 18 18

Контурность (не менее), га 10-12 10-12 10-12 10-12 10-12

Плотность почвы.г/см3 1,25-1,35 1,30-1,40 1,20-1,35 1,30-1,40 1,35-1,45

Твердость почвы,кг/см" 20-22 20-25 10-15 15-20 20-25

Водопрочность структу-ры,% 45-50 45-50 50-55 45-50 45-50

Коэффициент структурности 1,10 1,10 1,11 1,10 1,10

Наименьшая влагоем-кость,% 20-25 20-25 25-30 20-25 20-25

Агрохимические свойства.

Гумус. % 1.65 1,75 1.85 1,60 • 2,00

Запасы гумуса, т/га 42-45 46-49 49-55 37-40 49-52

Фактор минерализации 1.51 1.40 1,84 1,47 1,00

Подвижный фосфор, мг/кг 100-120 100-120 100-120 100-120 100-120

Обменный катай, мг/кг 80-100 80-100 80-100 80-100 80-100

Медь, мг/кг 2-3 2-3 2-3 2-3 2-3

Цинк, мг/кг 5-6 5-6 5-6 5-6 5-6

Бор, мг/кг 0,4-0,5 0,4-0.5 0,5-0,6 0,4-0,5 0,4-0,5

Молибден, мг/кг 5-6 5-6 5-6 5-6 5-6

Урожайность, ц/га 16-18 16-18 100-120 16-18 20-25

Для поддержания указанных нормативов агрофизических и агрохимических свойств необходимо внесение невысоких доз органических (5-7 т/га)

и минеральных удобрений (Ы30РзоКз0) с учетом биологических требований культур на фоне интегрированной защиты растений.

По нашим расчетам указанные нормативы обеспечивают урожайность яровых и озимых культур в 16-18 ц/га, картофеля 100-120 ц/га, сена однолетних трав 16-18, сена многолетних трав 20-25ц/га.

6.2. Нормативы химического загрязнения

При определении нормативов химического загрязнения агроэкосистем важно учитывать загрязнения сельскохозяйственных ландшафтов. К числу преобладающих загрязняющих веществ принадлежат тяжелые металлы -кадмий, ртуть, цинк, никель, медь, свинец и некоторые неметаллы - фтор и мышьяк. Главными источниками поступления тяжелых металлов в окружающую среду являются газопылевые выбросы промышленных предприятий, автотранспорта, органические и минеральные удобрения, коммунальные отходы, осадки сточных вод и пестициды.

В таблице 9 представлены обобщенные данные, полученные на основании собственных исследований и литературных сведений ( Обухов , Ефремов, 1988; Ильин,1995) о долевом участии основных источников загрязнения сельскохозяйственных угодий тяжелыми металлами.

Таблица 9. Долевое участие основных источников загрязнения сельскохозяйственных угодий тяжелыми металлами, %

Химический элемент Удобрения Пестициды Известковые материалы Полив сточными водами

органические азотные фосфорные

Марганец 12,5 - 24,8 - 19,6 43,1

Хром 2,5 1,5 32,0 - 4,8 59,2

Никель 8.4 7,6 7,7 - 10,7 65,6 *

Кобальт 5,5 31,6 7,5 - 2,6 52,8

Медь 2,2 0,9 4,7 9,5 3,1 79,6

Цинк 1,2 0,08 4,6 0,12 1,1 92,9

Свинец 2,5 1,0 4,9 20,6 20,7 50,3

Олово 3.8 2,6 4,4 - -0,8 88,4

Молибден 2,4 25,0 26,2 - 8,2 38,2

Ртуть 3,4 12,6 0,96 50,4 1,8 30,9

Фтор 0,04 - 97,2 0,16 1,7 0,9

Кадмий 6,1 1,3 7,0 - 0,8 84.8

Мышьяк 5,7 7,6 44,5 37,2 0,9 4,1

Селен 24,0 - 41,7 - 1,0 33,3

Согласно данным таблицы наиболее опасными источниками поступления тяжелых металлов на сельхозугодья являются сточные воды, фосфорные и органические удобрения. Несколько меньше объемы тяжелых металлов, поступающих с известковыми материалами и азотными удобрениями. С пестицидами поступают в больших количествах в почву от общего объема ртуть -50,4; мышьяк - 37,2 и свинец 20,6%. Главным источником поступления в почву фтора являются фосфорные удобрения (97,2%), а 92,9% цинка попадает в почву со сточными водами. Приведенные данные позволят правильно ориентироваться при моделировании оптимальных значений главных звеньев систем земледелия - удобрений и защиты растений и использования для полива сточных вод.

6.3. Нормативы фитосанитарного состояния.

При разработке фитосанитарных нормативов использовали собственные данные и данные ряда авторов (Баздырев, Смирнов, 1986; Баздырев, Сафонов, 1990; Исаев, 1990). Установлены наиболее вредоносные биологические группы и виды сорных растений в посевах основных сельскохозяйственных культур и сроки появления всходов основных сорняков в течение вегетационного периода.

В таблице 10 приведены примерные нормативы засоренности основных сельскохозяйственных культур малолетними и многолетними сорняками и даны ориентировочные потери продуктивности полевых культур, выраженные в общей энергии.

Таблица 10. Нормативы агроэкологического уровня засоренности посевов сельскохозяйственных культур.

Культуры Засоренность, шт/м2 Потери урожая мДж/га

Всего сорняков Малолетние Многолетние

Озимая рожь 40 35 5 3547

Озимая .пшеница 35 31 4 2678

Ячмень 40 36 4 3922

Овес 42 34 8 4869

Гречиха 42 36 6 2132

Лен-долгунец 31 26 5 1093

Кукуруза на силос 18 14 4 2819

Корм.корнеплоды 21 17 4 9375

Картофель 17 14 3 8231

Однолетние травы 39 31 8 2082

Многолетние травы 33 26 7 3669

При данном уровне засоренности без проведения интенсивных мероприятий по борьбе с сорняками возможно снижение продуктивности агроце-нозов на 15-20%.

Для снижения нормативной или пороговой засоренности до безопасного уровня нами разработана система мероприятий по борьбе с сорными растениями предполагающая использование комплекса экономически выгодных и экологически безопасных мероприятий.

Установить норматив распространения и развития болезней сельскохозяйственных культур сложно из-за сильной зависимости болезней от внешних факторов: температуры и влажности почвы и воздуха, устойчивости сорта, наличия ветра, осадков и т.д.

Нами предпринята попытка на основании собственных и литературных данных разработать предварительные нормативы распространения и развития болезней сельскохозяйственных культур (табл.11).

Таблица 11. Нормативы распространения и развития болезнен сельскохозяйственных культур.

Культура Болезни Фаза развития растений Распростране ние болезней, %Р Развитие болезней, % R Потери урожая мДж/га

Ячмень корневые гнили Р-начало вегетации Я-цветение 6-8 11-18 1875

Яровая пшеница ржавчина Р-начало вегетации Я - полная спелость 5-8 17-20 1159

Озимая пшеница септориоз листьев Р-нач&чо вегетации Я - цветение 6-8 18-25 2296

Озимые культуры снежная плесень Кущение (весна) 25-28 - 4304

Лен-долгунец полнспороз семян Р - уборка II - уборка 8-14 8-14 761

Картофель фитофтороз Р - полная спелость И. - конец цветения 5-6 25-35 26063

Кормовая свекла церкоспороз В период накопления массы корнеплодами 30-35 14-18 31469

Предложенные нормативы засоренности посевов, распространения и развития болезней позволят моделировать мероприятия по уходу за сельскохозяйственными культурами в условиях ландшафтного земледелия без заметного экологоэкономического ущерба при минимальной пестицидной нагрузке на агроценозы.

Основные выводы.

На основании длительных полевых опытов, в том числе опыта ТСХА, заложенного по инициативе Д.Н. Прянишникова, впервые для условий Центрального района Нечерноземной зоны России теоретически обоснованы, разработаны и комплексно оценены приемы оптимизации основных элементов систем земледелия биологической направленности, дана их энергетическая оценка. Предложены нормативно-технологические показатели агроэко-логической оптимизации систем земледелия.

1. Для оптимизации агрофизических свойств суглинистых дерново-подзолистых почв необходимо проведение комплексного окультуривания посредством совместного внесения органических и минеральных удобрений на фоне вспашки с одновременным подпахотным рыхлением почвы ножами-щелерезами конструкции ССХИ или чизелевания. При этом твердость подпахотного слоя уменьшается на 25-30%, плотность - на 7,9-10,3%, а водо-прочность увеличивается на - 8,8%.

2. Предложенные оптимальные параметры агрофизических свойств среднесуглинистой среднеокультуренной дерново-подзолистой почвы позволяют сделать вывод о том, что после интенсивного окультуривания нет необходимости затрачивать большие энергетические средства на проведение частых глубоких обработок, сопровождаемых внесением больших доз удобрений. Для придания оптимального состояния почве, в данном случае достаточно проведения недорогостоящих мелкорыхлящих обработок.

3. Энергосберегающая поверхностная дисковая обработка почвы на 1012 см способствует окультуриванию пахотного слоя в звене севооборота: озимые-пропашные-озимые на фоне ЫздРэдЬчго (под озимые) и ЭДодРэдК^о совместно с 20 т/га навоза (под пропашные). Для оптимизации агрохимических свойств подпахотного горизонта необходимо обязательное рыхление подпахотного слоя почвы при одновременном внесении удобрения.

4. На разноокультуренных дерново-подзолистых почвах установлена высокая агроэкономическая и экологическая эффективность локального внесения минеральных удобрений. При снижении нормы внесения на 25-30% по сравнению с разбросным внесением этот способ дает такую же урожайность. Однако , при рыхлении подпахотного слоя почвы эффективность локального внесения снижается.

5. Существенное влияние изучаемые способы экологизации систем

земледелия оказали на загрязненность почв тяжелыми металлами. На интен-

сивном (Ы93Р8зК83) и умеренном ( N 5) Р 46 К 446 ) уровнях химизации в конце ротации шестипольного севооборота: 1.Ячмень; 2.Гречиха; 3.Однолетние

травы; 4.Ячмень с подсевом клевера; 5.Клевер; 6. Озимая пшеница обнаружено титана, цинка, свинца, стронция несколько больше, чем на минимальном (ИзбР^КзО и органическом (навоз, 15 т/га) вариантах. В свою очередь, на органическом фоне содержание в почве хрома и марганца было несколько выше по сравнению с умеренным уровнем химизации. На вариантах с чизе-леванием выше содержание свинца и стронщи. Причины этого явления и способы его устранения требуют более глубоких исследований.

6. Биологическая активность дерново-подзолистой почвы при разных технологиях возделывания озимой ржи неодинакова. Малоинтенсивная обработка почвы под бессменной рожью приводит к накоплению органического вещества и соответственно активизирует биологические процессы. Интенсивная обработка почвы в плодосменном севообороте при наличии чистого пара сокращает запасы гумуса и снижает темпы активности почвенной био-ты в 1,46 раза.

Установлена положительная корреляционная зависимость (г=0,7-0,8) между биологическими свойствами дерново-подзолистой почвы и уровнем гумусированности пахотного и подпахотного слоев.

Интенсивные почвенно-микробиологические процессы в звене севооборота: озимые-пропашные-озимые характерны для вариантов опыта с почвоуглублением совместно со вспашкой и при глубоком безотвальном рыхлении почвы на 40 см.

Исходя из комплексной оценки биологического "тонуса" почвы, наибольший суммарный показатель биологической активности относится к вспашке с щелеванием и сочетанию чизелевания с дискованием при умеренных дозах минеральных (М5|Р46К46) и органических (навоз 15 т/га) удобрений. Повышенные нормы минеральных удобрений (К9зР8зК83) вызывают депрессию ряда биологических процессов, в результате чего суммарная биологическая активность снижается по сравнению с умеренным фоном удобрений для слоя 0-20 см на - 32 -37%, для слоя 20-40 см на 22%.

Локальный способ внесения пониженных доз минеральных удобрений (Ыз6Рз|Кз1) оказывает положительное влияние на биологическое состояние дерново-подзолистых почв.

7. Для оптимизации гумусового баланса разноокультуренных дерново-подзолистых почв предложена усовершенствованная методика расчета величины "фактора минерализации", позволяющая вычленить роль обработки в превращении органического вещества почвы и рассчитать дозы органических удобрений для расширенного воспроизводства гумуса. Величина "фактора минерализации" тем выше, чем интенсивнее обработка почвы.

8. В условиях длительного опыта ТСХА малоинтенсивная обработка

под озимую рожь и лен-долгунец обеспечивают невысокие размеры непро-

изводительной минерализации органического вещества (фактор минерализа-

ции 1.40 и 1,51) по сравнению с интенсивной обработкой под картофель (фактор минерализации 1,84).

9. Общий уровень окультуренности и гумусированности дерново-подзолистой почвы значительно влияет на оценку обработки почвы, как фактора сильно действующего на гумусовый баланс. Вместе с тем окультуривание почвы не изменяет направленности действия способов обработки на гумусовый баланс почвы: потери гумуса возрастают при переходе от минимальной к интенсивным системам обработки почвы.

Вместе с тем процессы закрепления (гумификации) свежего органического вещества в пахотной почве мало зависят от способов обработки почвы. Положительное влияние на коэффициент гумификации оказывает применение минеральных удобрений. На малогумусированной почве процессы гумификации проходят более интенсивными темпами, чем на высокогумуси-рованной.

10. В опыте с азотными удобрениями, мечеными И15, наблюдалось повышение использования азота удобрений и уменьшения использования азота почвы при снижении интенсивности обработки почвы до полного отказа от нее.

11. Разработанная и испытанная в опытах интегрированная защита растений включает в себе следующие звенья: разноинтенсивная переменная по глубине обработка почвы, минимально возможные дозы пестицидов и соблюдение основ чередования культур в севообороте на фоне принятой технологии возделывания культурных растений.

Разработанный комплекс мероприятий существенно снижает фитоса-нитарную напряженность агроценоза.

12. Фитосанитарное состояние посевов на органическом фоне с агротехническими приемами ухода за растениями примерно такое же как и при умеренных дозах использования пестицидов (гибель сорняков составляет соответственно 67,0 и 63,7%). Поэтому при переходе к земледелию на биологической и ландшафтной основе необходимо для снижения экологической нагрузки использовать агротехнические приемы уничтожения сорняков.

13. Остатки гербицида 2,4-ДА, особенно при использовании повышенных норм, в растениях фуражного ячменя достаточно высокие. После трех лет применения их содержание превысило ПДК для лактирующих животных и яйценосной птицы, но находится в пределах допустимых концентраций для животных и птицы на откорме. Почвоуглубление существенно снижает остаточное количество препарата в продукции.

14. Разработаны модели оптимального фитосанитарного состояния сельскохозяйственных культур шестипольного севооборота.

30

Рассчитанные уравнения регрессии рекомендуется использовать для прогнозирования урожайности полевых культур при оптимальных показателях их фитосанитарного состояния.

15. Систематическое 64-летнее применение в длительном опыте ТСХА невысоких доз минеральных (^^т^ЗКад) и органических (навоз 16,3 т/га) удобрений обеспечивает получение примерно равных урожаев озимой ржи и картофеля.

Статистический анализ подтвердил, что систематическое применение органических удобрений повышает устойчивость урожаев озимой ржи и картофеля и сокращает относительную колеблемость продуктивности указанных культур в благоприятные так и неблагоприятные по погодным условиям годы.

16. При севооборотном возделывании урожаи озимой ржи и картофеля были более высокими и устойчивыми к отрицательному действию метеорологических факторов, особенно при длительном совместном внесении невысоких доз органических и минеральных удобрений.

17. На низкоплодородных среднесуглинистых почвах в условиях Смоленской области приемы почвоуглубления, осуществляемые ножами-щелерезами и чизельными плугами, на органо-минеральном фоне повышают продуктивность зернотравянопропашного севооборота в среднем на 12-15%, а биоэнергетическую эффективность возделываемых в севообороте культур на 11,6% по сравнению со вспашкой.

18. Продуктивность шестипольного севооборота на среднесуглинистых дерново-подзолистых почвах средней степени окультуренности за ротацию при умеренной системе удобрений (^Р^К^) составила 38,9 ц/га, при интенсивном (М93Р83К8з 0) использовании минеральных удобрений 43,5 ц/га, при минимальном (ЫзбРэ^зО локальном внесении удобрений - 37,1 ц/га, и по органическому (навоз, 15 т/га) фону - 37,6 ц/га.

19. Коэффициент энергетической эффективности возделывания полевых культур севооборота для разных уровней химизации оказался следующим: интенсивный - 3,21; органический - 3,18; минимальный - 3,17; умеренный - 3,05. Таким образом, биоэнергетическая оценка севооборота свидетельствует о довольно высокой эффективности локального внесения минеральных удобрений на минимальном и органическом фонах с внесением в качестве основного удобрения навоза, как главного фактора системы земледелия биологической направленности.

20. Для моделирования оптимальных сочетаний основных свойств дерново-подзолистых почв для улучшения их плодородия и получения стабильных и высоких урожаев сельскохозяйственных культур предлагаем ис-

31

пользовать рассчитанные нами уравнения регрессии. Разработана математическая модель урожайности озимой пшеницы с учетом восьми ведущих переменных агрофизических факторов среднеокультуренной дерново-подзолистой почвы.

21. Разработанные впервые на основании экспериментальных данных и литературных источников нормативы воспроизводства почвенного плодородия, химического загрязнения и фитосанитарного состояния посевов позволяют моделировать системы земледелия экологической направленности для Центральных районов Нечерноземной зоны России.

Предложения производству

В условиях Центрального района Нечерноземной зоны России оптимальной следует считать систему земледелия, предусматривающую невысокие (Н5|Р4бК4б) среднегодовые дозы минеральных удобрений, нижний предел доз пестицидов, рекомендованных для интенсивных технологий, в сочетании с углублением пахотного слоя чизельными плугами или ножами-щелерезами конструкции ССХИ.

Для контроля над оптимизацией основной обработки почвы с точки зрения рационального использования гумуса рекомендуется использовать условный показатель - фактор минерализации.

Методические разработки, выполненные в ходе диссертационных исследований целесообразно использовать в учебном процессе на агрономическом и экономическом факультетах сельскохозяйственных вузов.

Минеральные удобрения целесообразнее вносить локально в дозе в 1,4-1,7 раза меньшей, чем вразброс. Продуктивность культур севооборота при этом практически не снижается.

Органическая система удобрений обеспечивает получение стабильных урожаев культур севооборота (37,6 ц з. ед. с 1 га в среднем за ротацию севооборота) с хорошим качеством. Примерно такой результат получается при внесении минеральных удобрений в эквиваленте по сумме элементов питания минеральных удобрений.

Разработанные нами нормативно-технологические показатели следует использовать при конструировании разных моделей систем земледелия современного периода развития отрасли в условиях Центрального района Нечерноземной зоны России.

Сложившаяся в стране экономическая ситуация порождает необходимость сочетания в системе земледелия экстенсивных и интенсивных подходов. Предстоит часть площадей выводить из оборота за счет интенсификации использования лучших земель. Имеется возможность в Смоленской области, например, больше получать грубых и сочных кормов с природных сенокосов и пастбищ, что позволит зарезервировать на пашне деградационные площади

32

для восстановления их плодородия. В то же время на плодородных землях целесообразно размещать хотя бы небольшие, но интенсивные севообороты.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации.

1. Лыков A.M., Вьюпш С.М. К методике манометрического определения биологической активности почвы с применением аппарата Варбурга // Известия ТСХА. - 1973.- вып.4.-С. 196-199.

2. Выогин С.М. Интенсивность дыхания как показатель эффективного плодородия дерново-подзолистой почвы // Сб.науч. тр. Вопросы интенсификации сельскохозяйственного производства. -Москва.: 1975. - С. 133-135.

3.Лыков A.M., Черников В.А., Вьюпш С.М. Характеристика гумино-вых кислот интенсивно используемой дерново-подзолистой почвы // Известия ТСХА.-1975.-Вып.2 - С. 100-105.

4. Лыков A.M., Четверня A.M., Круглое В.В., Выогин С.М. Биологические свойства дерново-подзолистой почвы как показатель эффективного плодородия. - Доклады ТСХА, 1975, в.209, С. 55-61.

5. Лыков A.M., Манелля А.И., Выогин С.М. Влияние органического вещества дерново-подзолистой почвы и удобрений (навоза) на урожай озимой ржи и картофеля при длительном применении удобрений, севооборота и бессменных культур//Известия ТСХА - 1977. Вып.1. - С.25-33.

6. Лыков A.M., Гриценко В.В., Выогин С.М. Влияние способов обработки на содержание органического вещества в дерново-подзолистой почве и урожай полевых культур. - Доклады ТСХА, 1977, Вып. 234. С.65-69.

7. Лыков A.M., Гриценко В.В., Выогин С.М. Влияние обработки на гумусовый баланс дерново-подзолистой почвы в интенсивном земледелии // Известия ТСХА. - 1978.-Вып.4. - С.3-11.

8. Лыков A.M., Выогин С.М. Сравнительная оценка некоторых методов определения общего азота в дерново-подзолистых почвах // Известия ТСХА. - 1980,- Вып.2 - С. 174-178.

9. Лыков A.M., Вьюгнн С.М. Баланс гумуса в дерново-подзолистой почве разной степени окультуренности в зависимости от основной обработки и внесения минеральных удобрений // Известия ТСХА. - 1980. - Вып.4.-С. 20-28.

10. Лыков A.M., Гриценко В.В., Выогин С.М. Гумусовый баланс легкосуглинистой дерново-подзолистой почвы и урожай полевых культур при длительном применении разноглубинной обработки и удобрений // Известия ТСХА. - 1981. - Вып.4. - С.75-84.

11. Гордеев A.M., Выогин С.М, Прудникова А.Г., Батов В.И. Влияние подпахотного рыхления на улучшение свойств почвы и урожайность сельскохозяйственных культур. Тезисы докладов научно-практической конференции. Смоленский филиал МСХА. - Смоленск, 1986.- С. 130-132.

12. Гордеев A.M., Выогнн С.М., Тишин Б.М., Батов В.И. Эффективность чизелевания как приема основной обработки почвы. - ЦНТИ. - №52. -1986.-Зс.

13. Ребрин И.П., Выогин С.М., Гордеев A.M. Методические указания по использованию программируемого микрокалькулятора "Электроника Б3-34" и его аналогов для обработки экспериментальных данных полевого опыта. - Смоленск, 1986. - 35 с.

14. Тишин Б.М., Белокопытов В.Н., Выогнн С.М. Приспособление к плугу для рыхления подпахотного горизонта дерново-подзолистых почв. -ЦНТИ.-№97.- 1986.-3 с.

15. Пупонин А.И., Кочетов И.С., Выогин С.М. и др. Рекомендации по углублению и разуплотнению пахотного слоя дерново-подзолистых почв. -Смоленск, 1987.-47 с.

16. Ребрин И.П., Гордеев A.M., Выогин С.М. Дисперсионный анализ экспериментальных данных с использованием микрокалькулятора Б3-34 //Земледелие. - 1988. - N6.-C.63-64

17. Выогин С.М., Вьюгина Г.В. Изучение биометрических и статистических показателей культур сплошного сева в мелкоделяночных испытаниях. // Сб.науч. тр. Совершенствование экономического механизма хозяйствования и интенсификация отраслей АПК Смоленской области. - Смоленск. -1988.- С.108-110.

18. Прудникова А.Г., Гордеев A.M., Выогнн С.М., Батов В.И. - Эффективность глубокого рыхления среднесуглинистых дерново-подзолистых почв // Сб.науч.тр. Совершенствование экономического механизма хозяйствования и интенсификация отраслей АПК Смоленской области. - Смоленск. -1988. С. 103-104.

19. Кочетов И.С., Выогин С.М. Методика планирования полевых экспериментов на склоновых землях. // Известия ТСХА. - 1989. - Вып. 3. С.101-108.

20. Гордеев A.M., Выогин С.М., Прудникова А.Г., Белокопытов

В.Н. Энергосберегающие приемы углубления пахотного слоя дерново-подзолистых почв // Известия ТСХА. - 1989. - Вып. 4. - С.8-12.

21. Гордеев A.M., Выогин С.М. и др. Разуплотнение корнеобитаемого слоя почвы // Земледелие.- 1989. -N9. - С. 49-51. '

22. Гордеев A.M., Выопш С.М., Шаманаев В.А. Оптимизация основных параметров плодородия почв при неблагоприятных для земледелия условиях Нечерноземной зоны. // Агрохимия. - 1990. - N1,- С. 33-41.

23. Гордеев A.M., Выогнн С.М., Белокопытов В.Н. Эффективность разуплотнения почвы // Земледелие.- 1990. - N 2-С.34-35.

24. Белокопытов В.Н., Тишин Б.М., Гордеев A.M., Выогин С.М.

Эффективность приемов углубления пахотного слоя дерново-подзолистых почв. // Сб.науч. тр. Разработка и совершенствование рабочих органов сельскохозяйственных машин. - МСХА. - 1990. - С.101-105.

25. Вьюгин С.М., Кочетов U.C. Совершенствование методов планирования полевых экспериментов на склоновых землях Центрального Нечерноземья // Сб.науч. тр. Современные методы исследований в агрономии. -Барнаул. - 1990. С. 51-55.

26. Выогнн С.М Влияние различных приемов обработки и удобрений на воспроизводство органического вещества дерново-подзолистой почвы // Сб.науч. тр. Интенсификация сельскохозяйственного производства. - Смоленск. 1990. С. 112-115.

27. Кочетов И.С., Гордеев A.M., Вьюгин С.М. Энергосберегающие технологии обработки почв. - М.: Московский рабочий , 1990. - 165 с.

28. Вьюгин С.М. Воспроизводство органического вещества //Система ведения агропромышленного комплекса Смоленской области до 2000 года. -Смоленск. -1991. - С. 70-81.

29. Вьюгин С.М., Гордеев A.M., Бадекииа Н.Б. Изменение биологических и агрохимических свойств дерново-подзолистой почвы как результат улучшения ее физического состояния: Сб. науч. тр. Агропромышленному комплексу интенсивное развитие. - МСХА, 1991-вып. 1.- С. 17-25.

30. Соколов O.A., Гордеев A.M., Вьюгин С.М., Цурнков JI.H. Эффективность локального внесения удобрений в условиях переуплотнения дерново-подзолистых почв // Агрохимия. - 1992- N6. С.35-39.

31. Выогнн С.М., Гордеев A.M. Особенности земледелия в условиях земельной реформы // Сб.науч. тр. Пути оптимизации реформ в сельском хозяйстве. - Смоленск.-1992. С. 41-46.

32. Вьюгин С.М., Гордеев A.M., Бадекииа Н.Б. Эффективность локального внесения удобрений на переуплотненных дерново-подзолистых почвах // Сб. науч. тр. с.-х. опытной станции им. Энгельгарда.- 1994. - Вып. 5.-С.115-121.

33. Выогнн С.М., Гордеев A.M., Чмаров Н.И., Бадекииа Н.Б. Влияние агроэкологических элементов земледелия на урожайность сельскохозяйственных культур // Сб. Проблемы развития новых форм хозяйствования на селе. - Смоленск,- 1994 - С. 32-33.

34. Выогин С.М., Гордеев Ю.А., Выогина Г.В. Действие систематического применения аминной соли 2,4-Д на токсичность почвы // Сб.науч. тр. Проблемы развития новых форм хозяйствования на селе. Смоленск.- 1994. -С. 77-78.

35. Выогнн С.М.,Гордеев A.M., Бадекнна Н.Б., Гордеев Ю.А. Пути экологизации земледелия Центрального района Нечерноземной зоны // Земледелие. 1994.-N 5. С. 19-21.

36. Гордеев A.M., Вьюгнн С.М., Цуриков Л.Н., Бадекнна Н.Б.

Влияние локального применения удобре.ний на баланс тяжелых металлов при различной плотности почвы // Химия в сельском хозяйстве.- 1995.- N4.-С.35-36.

37. Вьюгнн С.М. Пути экологизации земледелия Центральных районов Нечерноземной зоны России. // Проблемы земледелия в переходный период. (Доклады международной конференции, посвященной 150-летию со дня рождения В.В. Докучаева).- Смоленск, 1995. -С.69-73.

38. Выогнн С.М. Изменение агрофизических свойств дерново-подзолистой почвы при разных способах ее разуплотнения //Проблемы земледелия в переходный период (Доклады международной конференции, посвященной 150-летию со дня рождения В.В. Докучаева).- Смоленск,1995. -С.176-178.

39. Ладони» В.Ф., Вьюгнн С.М., Гордеев Ю.А. Оптимизация применения средств химизации в земледелии биологической направленности // Агрохимия. - 1996,- N2. С. 31-37.

40. Выогнн С.М., Выогина Г.В. Баланс тяжелых металлов при разных условиях использования химикатов в посевах кукурузы // Докучаевское наследие в науке и практике (Доклады региональной научно-практической конференции к 150-летию В.В. Докучаева). - Смоленск. - 1996. - С. 82-83.

41. Гордеев A.M., Выогнн С.М., Гордеев Ю.А., Гомонов A.A. Результаты исследований основных направлений биологизации земледелия Нечерноземной зоны // Научные труды РАСХН. СмолНИИСХ, СХИ. т.1., часть 2,- Смоленск. -1996. - С. 105-110.

42. Исянов P.A., Скотников И.Т., Гордеев A.M., Выогин С.М. и др.

Временные рекомендации по предотвращению выбытия земель из сельхозо-борота и их деградации. Смоленск. - 1997. -14с.

43. Вьюгнн С.М. Долевое участие элементов технологий возделывания сельскохозяйственных культур в биопродукционном процессе // Научное обеспечение устойчивого развития сельскохозяйственного производства в Нечерноземной зоне России (Доклады межвузовской научно-практической конференции). - Смоленск. - 1997. С.67-68.

44. Выогин С.М. Выогина Г.В. Динамика видового состава сорных растений в звене севооборота при разных способах оптимизации земледелия

36

// Научное обеспечение устойчивого развития сельскохозяйственного производства в Нечерноземной зоне России (Доклады межвузовской научно-практической конференции). - Смоленск. - 1997.-С. 140-143.

45. Гордеев A.M., Береснев A.C., Выогин С.М, Гомонов A.A. Эффективность плазменной обработки семян зерновых культур. // Научное обеспечение устойчивого развития сельскохозяйственного производства в Нечерноземной зоне России (Доклады межвузовской научно-практической конференции). - Смоленск. - 1997. С.159-161.

46. Выогин С.М. Оптимизация агрохимических и агрофизических свойств дерново-подзолистых почв экологически обоснованными приемами // Проблемы разработки региональной модели устойчивого развития (Доклады международной научно-практической конференции).- Смоленск. -1997. С. 333-336.

47. Выогин С.М., Гордеев A.M., Гордеев Ю.А. Повышение устойчивости земледелия агроэкологическими приемами //Проблемы разработки региональной модели устойчивого развития (Доклады международной научно-практической конференции).- Смоленск. - 1997. С. 350-353.

48. Вьюгина Г.В., Выогин С.М. Влияние разных уровней химизации на засоренность посевов сельскохозяйственных культур //Проблемы разработки региональной модели устойчивого развития (Доклады международной научно-практической конференции).- Смоленск. - 1997. С. 373-375

49. Выогин С.М., Гордеев A.M., Гордеев Ю.А. Производство экологически чистой товарной продукции растениеводства в западном регионе России в период перехода к рыночной экономике .Сб. науч. тр. Аграрный рынок и сельскохозяйственное предпринимательство в западном регионе России. -Смоленск- 1998. - С. 184-186.

50. Ладошш В.Ф., Явтушенко В.Е., Гордеев A.M., Выогин С.М.

Эффективность предпосевной обработки семян ячменя плазмой инертных газов // Сб.науч. тр. Агрохимические, агроэкологические и экономические проблемы и пути их решения при возделывании зерновых и других культур (Доклады Всероссийского совещания участников Географической сети длительных опытов с удобрениями и другими агрохимическими средствами). -Москва. - 1998. - С.35-36.

51. Выогин С.М., Гордеев A.M., Гомонов A.A., Гордеев Ю.А. Разработка элементов природоохранных технологий в системах земледелия Нечерноземной зоны России.// Ресурсосбережение и экологическая безопасность (Сборник докладов межрегиональной научно-практической конференции.)- Смоленск, 1988.- С. 70-71.

52. Выогин С.М. и др. Рекомендации по сохранению плодородия неиспользуемых и экстенсивно используемых земель. - Смоленск, 1998. - 43с.

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора сельскохозяйственных наук, Вьюгин, Сергей Михайлович, Смоленск

\

Министерство сельского хозяйства и продовольствия Российской Федерации Смоленский сельскохозяйственный институт

На правах рукописи

Вьюгин Сергей Михайлович, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Агроэкологическая оптимизация систем земледелия Центрального района Нечерноземной зону России

(специальность 08.01.01. - общее земледелие 08.01.15. - агроэкология)

Диссертация на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Научные консультанты: академик РАСХН, заслуженный деятель науки России, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Лыков Александр Михайлович; заслуженный деятель науки России, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Гордеев Анатолий Михайлович.

Смоленск -

1998

— —

Содержание

Введение..................................................................................6

1. Агроэкологическое состояние систем земледелия и пути

их оптимизации ........................................____ 8

1.1. Критический анализ интенсификации земледелия на техногенной основе.....................____.........____... 9

1.2. Альтернативные системы земледелия................ 15

1.3. Оптимизация применения средств химизации в земледелие как основной фактор получения экологически безопасной

и экономически выгодной продукции.......................... 25

1.4. Оптимизация основной обработки почвы при экологизации земледелия.................................... ..... 35

1.5. Состояние и перспективы совершенствования севооборотов ...................................................... 45

2. Объекты и методы исследований...................... 51

3. Оптимизация плодородия дерново-подзолистых почв в системах земледелия экологической направленности____........ 62

3.1. Влияние удобрений и обработки на оптимизацию агрофизических свойств дерново-подзолистых почв................ 62

3.1.1 Агрофизические свойства разноудобренной легкосуглинистой дерново-подзолистой почвы при их оптимизации (опыт N 1)....................................................... 62

3.1.2. Изменение агрофизических показателей плодородия старопахотной легкосуглинистой дерново-подзолистой почвы при разных приемах почвоуглубления в зернопропашном севообороте

(опыт

3.1.3. Оптимизация агрофизических свойств слабоокультуренной среднесуглинистой дерново-подзолистой почвы при разных сочетаниях основных звеньев систем земледелия в зернот-равянопропашном севообороте (опыт N 4)..................... 89^,,,

3.1.4. Влияние равных систем обработки и агрохимикатов на изменение агрофизических свойств среднесуглинистой сред-неокультуренной дерново-подзолистой почвы в севообороте (опыт N 5).........................................................................72

3.2. Изменение агрохимических свойство дерново-подзолистых почв в системах земледелия экологической направленности. .............................................................79

3.2.1. Агрохимические свойства легкооуглиниотой старопахотной дерново-подзолистой почвы при разных сочетаниях основных звеньев систем земледелия (опыт N 2)..........._____ 82

3.2.2. Оптимизация агрохимических свойств слабоокультуренной среднесуглинистой дерново-подзолистой почвы при разных сочетаниях почвоулучшающих обработок и удобрений (опыт N

4).............................._____...................... 83

3.2.3. Динамика агрохимических свойств и баланс тяжелых металлов легкосуглинистой среднеокультуренной дерново-подзолистой почвы при повторном возделывании ячменя и кукурузы на

силос (мелкоделяночные опыты)____.......................... 89

3.2.4. Влияние разных технологий возделывания сельскохозяйственных культур на агрохимические свойства почвы и моделирование процессов их оптимизации (опыт N 5)............ 105

3.2.5. Изучение эффективности локального способа внесения минеральных удобрений при различной плотности почвы.... 119

3.3. Оптимизация биологических свойств разноокультуренных дерново-подзолистых почв путем подбора приемов основной обработки почвы и уровней химизации.......____............. 127

3.1.3 Биологическая активность легкосуглинистой дерново-подзолистой почвы при разных технологиях возделывания полевых культур (опыт N 1)..................................................128

3.3.2. Биологические свойства легкооуглиниотой старопахотной дерново-подзолистои почвы в звене севооборота при

разноглубинных способах ее обработки (опыт N 2)____........ 130

3.3.3. Влияние агротехнических приемов на количественные изменения биологических свойств олабоокуль-туренной сред-несуглинистой почвы (опыт N 4)............................. 133

3.3.4. Комплексная оценка биологического состояния почвы при моделировании основных звеньев систем земледелия.... 136

3.4. Оптимизация гумусового состояния разноокультуренных дерново-подзолистых почв при совершенствовании систем обработки и удобрения................................______ 143

3.4.1. Оптимизация гумусового баланса при разных технологиях возделывания культур в условиях длительного опыта ТСХА (опыт N 1)............................................ 146

3.4.2. Баланс гумуса легкосуглинистой старопахотной почвы при разных сочетаниях основных звеньев систем земледе-

-ТТ -г г !—г f ттст •» 1-riT * -г sг '-_i \ С "1

Лшг i.uiibiTbi ¿с ïï о) ......................................... .

3.4.3= Влияние способов основной обработки и удобрений на динамику гумусового состояния ореднесуглинистых дерново-подзолистых почв разной степени их окультуренности (опыты 4 и 5}............................................................................156

3.4.4. Динамика процессов гумификации и минерализации органического вещества в разноплодородных почвах (мелкоделя-ночные опыты).......................................................................161

4. Оптимизация применения средств защита растений от сорняков, вредителей и болезней.....................................175

4.1. Влияние условий возделывания, способов разноглубинной обработки и агрохимикатов на засоренность почвы и посевов культур (опыты 1,2,4)................................ 175

4.2. Оптимизация фитосанитарного состояния возделываемых в севообороте сельскохозяйственных культур посредством разноглубинной обработки почвы и уровней использования агрохимикатов (опыт N 5)_______.................----........... 188

5, Агрозкономичеокая и энергетическая оценка основных звеньев систем земледелия экологической направленное-

Х!'! а*алаалааал*ааллаллааллалаа*л*лалллаааалгеаа*лалаааа*лл*л ¡V О

5.1. Анализ итогов длительного опыта ТСХА по устойчивости сельскохозяйственных культур при различных системах удобрения (опыт N1)-.-....-....-..-.-.-.....-...-......... 210

5.2. Изменение продуктивности сельскохозяйственных куль.тур при разном сочетании основных звеньев систем земледелия на легкосуглинистых старопахотных дерново-подзолистых почвах (опыты 2 и 3)....................................... 223

5.3. Оценка эффективности сочетаний систем удобрения и обработки на. слабоокультуренных дерново-подзолистых почвах

СЗЙ1Ы7 ^Ч ^лааааеаялааааааляаааляаазахааалияааалхааеяхлаля**

5.4. Оценка эффективности сочетания систем удобрения и обработки на среднеокуль туренных дерново-подзолистых почва;-: (мелкоделяночные опыты, опыт 5)............................ 232

5.5. Статистическая взаимосвязь элементов почвенного плодородия с продуктивностью сельскохозяйственных культур в.

различных системах земледелия............................... 251

6. Нормативно-технологические показатели основных звеньев систем земледелия экологической и агроландшафтной ориентации..................................... 281

6.1. Нормативы воспроизводста почвенного плодородия... 283

8.2. Нормативы химического загрязнения ............... 285

6.3. Нормативы фитосанитарного состояния .........____ 291

Общие выводы...........................................................301

Предложения производству..........................................308

Литература____................................... .. 310

Приложения....____.................................... 353

Введение

Сущность систем земледелия обусловлена сложным, многоуровневым взаимодействием биологических, планетарных и социальных факторов, которые обеспечивают получение достаточных урожаев сельскохозяйственных культур о хорошими качественными показателями. Высокая продуктивность систем земледелия возможна только при оптимальном сочетании всех ее элементов. При разработке последних учитывается то обстоятельство, что взаимовлияние компонентов агроценоза должно быть оптимальным и не лимитировать биологическую продуктивность культурных разтений. При этом особенно важно то обстоятельство, что агроэкологичеокая оптимизация систем земледелия невозможна без посреднической функции почвы и ее естественного плодородия, поскольку при системном подходе почва и растения неразделимы (Лыков, 1985; Кирюшин, 1993; Каштанов, Лисецкий, Швебо, 1994).

Формирование плодородия,в частности, важнейшего его компонента гумуса происходит через растения. По мнению В.В. Пономаревой (1984), гумус является биоэкологической средой для роста и развития растений. Интенсивное воспроизводство гумуса возможно лишь при строгой дифференцированнооти элементов систем земледелия на основании современных достижений агрономической науки и передового практического опыта применительно к конкретным агро-ландшафтам.

Сформулированные Докучаевым (1898) общие положения экологически рационального земледелия лежат в основе как современных, так и перспективных систем земледелия, организованных на ландшафтном уровне, предполагающем максимальную природно-антропогенную совместимость и сбалансированность. " Необходима выработка

норм, - писал он,- определяющих относительные площади пашни, лугов, лесов и вод: такие нормы, конечно, должны быть соображены с местными климатическими, грунтовыми и почвенными условиями,а равно и о характером господствующей сельскохозяйственной культуры и пр."

Современные агроландшафты должны обладать высокой адаптивной технологичностью , для чего необходимы нормативы основных звеньев систем земледелия и агроландшафта в целом.

В нашей работе были поставлены задачи по разработке и оценке основополагающих направлений агроэкологической оптимизации современных систем земледелия Центральных районов Нечерноземной зоны России.

В связи с указанным на защиту выносятся следующие основные положения:

1. Оптимизация систем удобрений, защиты растений и обработки почвы и оценка их влияния на продуктивность севооборотов и основные показатели плодородия легко и среднесуглинистых разноо-культуренных дерново-подзолистых почв.

2. Агроэкологические показатели гумусного компонента почвы при оптимизации основных элементов систем земледелия.

3. Эколого-агрономическая оценка состояния химического состава почвы и растений, наличие остатков пестицидов, состояния биологического комплекса почвы при разных уровнях химизации в сочетании с другими элементами систем земледелия.

4. Агроэкономическая и энергетическая эффективность систем земледелия экологической направленности Центральных районов Нечерноземной зоны России.

5. Нормативно-технологические показатели основных звеньев земледелия ландшафтной направленности.

- 81. Азроэкологическое состояние систем земледелия и пути их оптимизации

Человечество в полной мере осознает приближение экологической катастрофы на планете, Ее смягчение прежде всего будет зависеть от правильно организованного сельскохогяйственногс^яроизвод-ства.

Именно^-'экологизацй'я земледелия - отмечает В.И, Кирюшин (1998) - то есть приведение его в соответствие с законами экологии, является исходной позицией на пути к модели устойчивого развития ноосферы. Сейчас, когда системы земледелия рассматриваются как инструментарий для конструирования агроландшафтов, оптимизированных в соответствии с требованиями сохранения природы, совокупность экологических законов и правил их построения существенно возрастает. Во избежание экологических бед важно уже сегодня установить экологические правила земледелия.

Разработка агрономических вопросов в современном земледелии невозможна без учета экологических позиций главной растениеводческой отрасли (Минеев, 1984,1993; Вальков,1986; Варламов,1993). Это обусловлено тем, что объектами земледелия являются живые организмы , объединенные в агробиоценозы* Для создания теоретических основ управления биопродукционным процессом в сельскохозяйственном производстве необходимо разработать приемы эффективного использования свойств почвы, климата, минерального питания и других показателей экосистемы (Жученко,1980,1988,1990; Каштанов,1983, Тышкевич,1991).

Эти и другие .авторы считают, что экологизация земледелия означает развитие мирового сельскохозяйственного производства на

уровне , обеспечивающем стабильное и прогрессирующее развитие биосферы нашей планеты. Для достижения такого этапа развития общества необходимо знать каков размер допустимого сельскохозяйственного воздействия, его распределение по поверхности планеты и конкретным почвенно-климатическим зонам, объемы необходимого производства сельскохозяйственных продуктов и, наконец, оптимальные формы организации земледелия. Высшей формой организации земледелия являются объединение ее составляющих элементов в агроэ-кологоэкономически обоснованную систему. В то же время, принимая во внимание большое разнообразие почвенных, климатических , социальных и экономических условий при разработке систем земледелия следует максимально учитывать местные природные и экономические условия конкретного хозяйства. В этой связи в настоящее время в мировом сельскохозяйственном производстве как никогда велико разнообразие систем земледелия.

1.1, Критический анализ интенсификации земледелия на

техногенной основе

Мировой опыт ведения сельскохозяйственного производства показал, что за счет интенсификации земледелия можно быстро решить проблему обеспечения населения продуктами питания. Так, за 1960-е-1980-е годы (двадцать лет) производство зерна в мире удвоилось главным образом (на 80%) за счет интенсификации отрасли (Скоропанов, 1989). За тот же период , по данным этого автора земледельцы Белоруссии, применяя факторы интенсификации, увеличили производство продукции растениеводства в зерновом эквиваленте с 10 до 30 млн тонн.

Роль средств химизации в сельскохозяйственном производстве велика, и не подлежит сомнению. Поскольку мировые потери оельоко-

хозяйственной продукции составляют! от вредителей - 14%; болезней - 12% и сорных растений - 91 (Cramer H.H., 1967). В этой связи человек будет вынужден применять агрохимикаты, причем часто бессистемно и безграмотно, что может привести к отрицательным изменениям в окружающей среде.

Основными факторами интенсификации являются: создание оптимального пищевого режима (в развитых странах вносят до 750 кг.д.в. минеральных удобрений на 1 га, предотвращение фитосани-тарного неблагополучия, регулирование водно-воздушного режима почв (мелиорация, чизелевание и т.д.), известкование кислых почв. Все они обусловили резкое наращивание антропогенной нагрузки на окружающую среду, до предела обострили экологические противоречия между человеком и природой.

Делая обзор литературы по анализу новой концепции развития земледелия США, Ф. Прижуков (1990) отмечает следующие основные негативные последствия, вызванные интенсивными методами в земледелии: растущая эрозия почв, загрязнение окружающей среды пестицидами и остатками внесенных питательных веществ. Эти проблемы вызывают в обществе серьезную озабоченность о здоровье, как современных, так и будущих поколений. Вместе с тем "высоко-потребляющая" направленность интенсивной системы, говорится в обзоре, требует все больших объемов и все новых химических веществ: внесение больших доз удобрений увеличивает восприимчивость растений к болезням и вредоностность некоторых насекомых (например, тлей), стимулирует рост сорняков, что обязывает расширять масштабы применения пестицидов. Растет при этом и потребность в ретардантах . Наконец, возникает беспокойство о быстром сокращении запасов нееозобновляемых ископаемых ресурсов.

Яркую картину негативных последствий применения пестицидов

.: рисует- Ябжжсв (1989). Подчеркивая вред и несовершенство химических мер защиты растений., он приводит такие данные г за 40 лет США увеличили потребление химических средств защиты растений в 10 раз, а потери урожая за это время возросли с 31 до 37%,

Химические препараты, используемые в сельском хозяйстве наносят большой ущерб б разных областях экологии, вследствие их поступления в окружающую среду в больших количествах. Кроме потерь элементов питания и, следовательно, экологического ущерба, подобные нарушения технологий возделывания сельскохозяйственных культур могут привести к отрицательным изменениям в окружающей среде. По уровню загрязнения и степени токсичности химические препараты делятна две разные категории: устойчивые химические соединения, загрязняющие агроценозы и обладающие невысокой токсичностью, другая группа препаратов обладает низкой химической • устойчивостью при высокой и£-"т0ксич^щэсти (Хайниш и др,1"9'79; Бабкин, Зав&Яш^ 1935).

"" В последние годы внимание мировой общественности привлечено к довольно высокой доле сельскохозяйственной продукции с повышенным и высоким содержанием остатков химических препаратов в пище, Д�