Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ГУМУСНОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕРНОЗЕМОВ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ГУМУСНОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕРНОЗЕМОВ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ"



На правах рукописи

СЕМЕНОВА НАТАЛЬЯ ВАЛЕРЬЕВНА

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ГУМУСНОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕРНОЗЕМОВ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ (на примере Республики Татарстан и Ульяновской области)

Специальности: 06.01.01 — общее земледелие 06.01.04 - агрохимия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Саранск - 2004

Работа выполнена в Федеральном июударстве! том образонагельном учреждении

высшего профессионального образования

«Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия»

Научные руководители: доктор сельскохозяйственных наук профессор

Куликова Алевтина Хрпсгофоровна доктор сельскохозяйственных наук Булгаков Дмитрий Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук

профессор Смолин Николай Васильевич кандидат сельскохозяйственных наук Моисеев Анатолий Андреевич

Ведущая организация: Ульяновский научно-исследовательский

институт сельского хозяйства (п. Тимирязевский)

Защита состоится " ¡7 " декабря 2004 года в 1000 часов на заседании диссертационного совета К 2] 2.117,03 при Мордовском государственном университете имени Н. П. Огарева по адресу: 430904, г. Саранск, п. .Япга, ул. Российская, 31, ауд. 223.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Мордовского государственного университета имени Н.П.Огарева.

Автореферат разослан " ¡5 " ноября 2004 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Г. М. Кононова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Кризисная экологическая ситуация, сложившаяся к настоящему времени, стала очевидной. К числу наиболее острых проблем приходится с неизбежностью отнести деградацию почв и разрушение почвенного покрова, что тесно коррелирует с плодородием почвенных экосистем.

Проблему плодородия почв справедливо связывают с её гумусным состоянием. Особая рать органического вещества в плодородии объясняется его глобальным воздействием на все агрономически важные свойства почвы, его энергетическим значением, тесной сопряженностью его превращении с комплексом агрономических приёмов, трудностью воспроизводства органического вещества почвы. Актуальность ей не только не снижается во времени, а становится всё более острой и злободневной, о чём, в частности, свидетельствует возросшее число тревожных сообщений, связанных с дегумификопией почв, которая охватила практически все земледельческие районы земного шара.

Неблагоприятное гумус л ое состояние (прежде всего черноземов) характерно и для сельскохозяйственных угодий Среднего Поволжья. В том числе за последние 35 лет средневзвешенное содержание гумуса в почвах Республики Татарстан уменьшилось на 0,7 %; в Ульяновской области при доле черноземов в почвенном покрове 69,1 % среднее содержание гумуса не превышает 4,5 %. В связи с этим определение количественных параметров органического вещества, соответствующих состоянию экологического равновесия в почве, раскрытие его природы и разработка на этой основе методов целенаправленного воспроизводства ночвенного плодородия — актуальная научно-практическая задача.

Исследования являются составной частно плана научной работы Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия» (ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХЛ>>),

Цель и тарачи исследований. Целью исследований являлось проведение агроэкологической опенки современного гумус ного состояния черноземов Среднего Поволжья (на примере Закамья Республики Татарстан и учебно-опышого хозяйства УГСХЛ Ульяновской области), обоснование и разработка путей оптимизации режима органического вещества почвы.

В программу исследований входило решение следующих задач:

— изучить динамику содержания н запасов гумуса в чернозёмах Закамья Республики Татарстан за 1987 - 2001 гг. и Ульяновской области за -1981-2001 пг.;

— дать оценку гумусного состояния чернозёмов по групповому и фракционному составу гумуса;

— провести оценку современного состояния чернозёмов на основе мониторинга реперного участка; -—_,___

— разработать систему восстановления орга шчеекогц^^^щ^дпочоы I 1 основе полевых крупноделяночных опытов; фонд научной лнторогуры

1 »о ¿-зт*

— определять биоэнергетическую эффективность приёмов воспроизводства содержания л запасов гумуса в почве.

Научна и ноши на« Применительно к условиям Среднего Поволжья проведена комплексная афоэ ко логическая оценка современного гумус ного состояния черноземов региона. Установлены количественные и качественные их параметры. На основе длительных полевых экспериментов разработана система оптимизации режима органического вещества чернозёма выщелоченного. Проведена биоэнергетическая опенка приёмов воспроизводства органического вещества почвы.

Практическая значимость. Внедрение результатов исследований в сельскохозяйственное производство позволит обеспечить сохранение содержания и запасов гумуса за счёт оптимизации структуры использования пашни и севооборотов, системы обработки почвы и удобрений с максимальным использованием б и 01-ей пых ресурсов агроэкосистем.

Защищаемые положении. На защиту выносятся следующие положения:

— закономерности и нормативные показатели изменения содержания и запасов гумуса в черноземах Закомья Республики Татарстан и Заволжья Ульяновской области;

— особенности и специфичность группового и фракционного состава гумуса чернозёма выщелоченного и его изменение под влиянием антропогенных факторов; •

— возможность и целесообразность освоения системы воспроизводства гумуса в почвах;

— оценка биоэнергетической эффективности приёмов сохранения плодородия (в том числе содержания и запасов гумуса) чернозёмов Среднего Поволжья.

Реализации результант исследований. Результаты исследовании апробированы в производственных условиях Закамья Республики Татарстан, внедрены в ряде хозяйств Заволжья Ульяновской области н используются в учебном процессе ФГОУ ВИО «Ульяновская ГСХА».

Лнчнмй вклад соискатели. Соискателем лично разработана программа исследований, проведены полевые и лабораторные исследования, сделаны обобщения полученного экспериментального материала, а также выводы и рекомендации производству.

Апробация работы. Результаты исследований и положения диссертации докладывались и обсуждались на внутривузовских научных конференциях Ульяновской ГСХЛ (1997 - 2003), иа Всероссийской конференции «Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям (Москва, 2000), на научно-практической конференции «Основные направления совершенствования систем земледелия на адаптивно-ландшафтной основе» (Ульяновск, 2000); на Всероссийской научно-пракшпеской конференции «Агроаколошческие проблемы сельскохозяйственного производства в условиях техногенного загрязнения агроэкосистем» (Казань, 2002), на Международной научной конференции «Роль почвы в формировании естественных и актроногенных ланд-

шафтов» (Казань, 2003), на региональной научной конференции молодых ученик «Молодые ученые - агропромышленному комплексу» (Казань, 2004), на Всероссийской научно-практической конференции «Лгроэколошчеекне проблемы сельскохозяйствсни ого производства в условиях антропогенною загрязнения» (Ульяновск, 2004).

Публикации, Но результатам исследований опубликовано 13 работ.

Объём и структура работы. Диссертация изложена на 153 страницах компьютерного текста, состоит из введения, б глав, выводов и предложений производству, включает 30 таблиц, 16 рисунков и 16 приложений. Список литературы включает 257 источников отечественных и зарубежных авторов.

Автор выражает искреннюю признательность коллективам: кафедры почвоведения, агрохимии и агроэкологии Ульяновской ГСХЛ, СЛС «Альметьевска*» и CIIAK Юго-Восточного ТУ Министерства экологии и природных ресурсов Республики Татарстан за поддержку и помощь при выполнении работы.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ЛЕСОСТЕПИ ПОВОЛЖЬЯ, МК ГОДЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ.

Лесостепь Поволжья — обширный сельскохозяйственный регион С обшей плоишью почв 17,7 млн. га, из них Республика Татарстан и Ульяновская область занимают 8,9 млн. га.

Основной фон почвенного покрова составляют различные подшпы черноземов (оподзоленные, типичные, обыкновенные, выщелоченные) и серые лесные почвы, в том числе в Закамье РТ соответственно 73,9 и 24,3 %, в Ульяновской области - 69,1 и 23 %. Среди подтипов черноземов преобладают черноземы выщелоченные средне- и тяжелосуглшшстые.

Характерной для климата лесостепи Поволжья является значительная вариабельность метеоусловий как с обострением засушливости в отдельные периоды и годы, так и экстремальными ситуациями избыточного увлажнения в другие. В среднем в зоне выпадает 400 — 450 мм осадков. Период активной неге гации большинства сельскохозяйственных культур 130 — 150 дней. Сумма активных температур достигает 2500 "С.

Объектами исследований являлись черноземы выщелоченные Закамья РТ и Заволжья Ульяновской области.

В работе применяли сравннтельно-аналиппсскис методы, стационарные методы наблюдений на реперном участке в сочетании с полевыми стационарными крупнодеяяночными опытами.

Динамика содержания и запасов гумуса изучалась по данным ФГУ СЛС «Альметьевская» за 1987 - 2001 гг. и ФГУ САС «Ульяновская» за 1981 -2001 гг.; проводился локальный мониторинг за черноземом выщелоченным на реперном участке, расположенном в зоне обслуживания САС «Альметьевская».

Кроме того, антропогенное влияние на состояние черноземов Закамья РТ изучалось на основе сравнительного анализа почвенных разрезов, заложенных в 1956 и нами - в 2003 гг.

Изучение основополагающих звеньев системы земледелия (севообороты, обработка почв« и удобрения), оказывающих наиболее сильное влияние на режим органического вещества в почве, проводилось на Gate длительных стационарных опытов в учебно-опытном хозяйстве ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХЛ»,

В опытах но изучению структуры использования пашни и севооборотов (с 1975 г.) изучались 4 севооборота: зернопаровой (пар чистый — озимая рожь — яровая пшеница - овес), зерновой (горох - озимая рожь - яровая пшеница -овес), зернопропашной (горох — озимая рожь - кукуруза — яровая пшеница — овес) и зернотравяныЙ (горох - озимая рожь - викоовсяная смесь - люцерна (выводное поле) — яровая пшеница). Опыты по изучению систем обработки почвы (с 1987 г.) проводились в шестипольном зериопропашном севообороте; пар склеральный (викоовсяная смесь) — озимая рожь — кукуруза — яровая пшеница - горох - овес и включали 4 варианта: отвальную, плоскорезную, комбинированную в севообороте и поверхностную. Опыты по изучению систем удобрений включали 9 вариантов: 1) без удобрений; 2) NPK. нормативно-балансовым методом на планируемою урожайность N 100 %, Р 80 %, К. 80 % (под горох РК) от выноса с урожаями; 3) NPK солома предшествующей культуры; 4) NPK.+ солома + Ыю кг/т соломы; 5) NPK+ солома + N» кг/т соломы; 6) NPK за вычетом NPK, возвращаемых в почву соломой предшественника + солома + Ntc; 7) солома предшественника; 8) солома + Nm кг/г соломы; 9) солома t N;a КГ/Г СОЛОМЫ.

Отбор почвенных образцов, организация полевых опытов, проведение наблюдений, лабораторных анализов осуществлялись по общепринятым методикам и соответствующим ГОСТам. Биоэнергетическую эффективность технологий возделывания сельскохозяйственных культур определяли но совокупным затратам энергоресурсов на их возделывание и накоплению нотенциаль-нпй энергии в урожае как в зерне, так и общей фитомассе с учетом расхода iy-муса на формирование урожайности.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Оценка гумусного состояния черноземов Закамья Республики Татарстан

Динамика содержания и запасов гумуса вчерноземах за 1987 — 2<№1 гг. Почвенный покров Закамья РТ представлен в основном черноземами (73,9 %) с содержанием гумуса от б до 12 причем наибольшее распространение получили черноземы выщелоченные (43,6 %) тучные и средиегумусные.

Анализ средневзвешенных показателей содержания и запасов гумуса в пахотных почвах районов Закамья показал значительное улучшение режима органического вещества за пятилетний период с 4-го по 5-й циклы агрохимического обследования: по зоне содержание гумуса увеличилось на 0,4 %, запасы его на 12 т/га (рис. 1). Последнее в значительной степени обусловлено компенсационным внесением органических и минеральных удобрений в соответствующие годы на уровне 6 — 6,5 т/га и 130—150 кг/га д.в. соответственно.

4

С

1987-1991

1992-1996 Годы

1997-2001

□ 4 цик.і

□ 3 цикл

□ бщ'кл

Рис, I. Изменение запасов гумуса в пахотных почвах Закамья РТза 1987-2001 гг.

Уменьшение объемов внесения удобрений в последующие годы почти в два раза привело к снижению содержания и запасов гумуса по Закамыо па 0,1 %, или Зт/ш (0,6 т/га ежегодно).

Существенное ухудшение гумусного состояния ночи за указанный период произошло в Чистопольском районе (на 1 %, или 30 т/га> и отдельных хозяйствах Альметьевске го района: п/х «Новом их айловский» на 1,8 %, или на 54 т/га; АО «Мамах» па 1,1 %, или 33 т/га и др.

В целом за пятнадцатилетний период (1987- 2001) содержание гумуса по Закамыо РТ возросло на 0,3 %, или 9 т/га. Однако в ряде районов и отдельных хозяйствах тенденция дегумнфикации почв сохраняется.

Опенка состояния черноземов на основе сравнительного а нал та почвенных разрезов, заложенных в 1956 н 2003 гг. Из истории изучения почленного покрова Татарии следует, что детальное изучение черноземов республики в послевоенный период проведено А. Ш. Фаткулиным, А. В." Колосковой, Л. И. Шитовой, Г. И. Сперанской, X. III. Шакировым (Почвы Татарии, 1962; Черноземы Татарии, 1976). Ими собран обширный фактический материал, подробно характеризующий различные подтипы черноземов со стороны гранулометрического состава, физико-химических, физических и водных свойств, представлены данные о іруїшовом и фракционном составе гумуса.

Нами проведена повторная закладка отдельных разрезов в непосредственной близости к разрезам, изученным вышеупомянутыми исследователями.

Сравнительный анализ этих разрезов показал (рис. 2) снижение содержания гумуса в пахотном слое двух разрезов чернозема выщелоченного на 4,1 и 2,8 %, чернозема типичною - на 3,3 и 3,5 %. Сокращение запасов гумуса соответственно составило 62 и 120 т/га (1,3 и 2,6 т/га в год), 35 и 95 т/га (0,7 и 2,0 т/га ежегодно).

7> VI я?«

.Е 300 Г гею

д 150

юо

И 50

О

чернотам нериепдм чернотем чернойч

выщелоченный вьнгелочгнныН шпичиыЯ типичный

Рис. 2. Запаси гумуса в пахотном слое парник разрезов Ирм^пы 1956 год» НраарегыЮО! ику

Наряд;' с количественным большое теоретическое и практическое значение имеег качественный состав гумуса. Однако к настоящему времени но групповому составу гумуса поле пых почв Республики Татарстан опубликовано всего лишь несколько работ.

Сравнительный анализ группового н фракционного состава гумуса чернотам о к Закамья по результатам предыдущих исследований (1958 - 1972 гг.) и разрезов, заложенных в 2003 году, выявил следующие закономерности: уменьшение общего количества гуминовых кислот на 11 - 16 % в пахотном слое чернозема выщелоченного и на 4,5 — 19,8 % чернозёма типичного, что обусловлено уменьшением содержания и запасов гумуса за рассматриваемый период; увеличение количества гуминовых кислот, связанных с калышем: в пахотном горизонте чернозема типичного на 16,4 %, в подпахотном - на 27,9 % от общего количества гуминовых кислот и одновременное уменьшение свободных и связанных с полуторными окислами гуминовых кислот; увеличение количества негидродизуемого остатка в пахотном слое чернозема как выщелоченного, так и типичного до 1,9 раз; увеличение отношения Сгк/Сок с 4,9 до 5,8 в пахотном слое чернозёма выщелоченного и до 4,6 - чернозёма типичного, что свидетельствует об улучшении качественного состава гумуса.

Опенка состояния черноземов на основе мониторинга реперпого участка. Контроль состояния почв, включающий локальный мониторинг земель на реперных участках, позволяет выявить изменение совокупности показателей почвы, оценить опасность и интенсивность антропогенной нагрузки, предупредить и устранить негативные процессы, происходящие в природной среде.

Нами проведена оценка состояния черноземов Закамья Республики Татарстан на основе анализа результатов мониторинга реперного участка, расположенного в зоне обслуживания САС «Альметьсвская». РеперныЙ участок заложен в 1992 году, площадь его 140 га; почва - чернозем выщелоченный тяжелосуглинистый.

Сравнительный анализ агрохимических показателей чернозема выщелоченного реперного участка в 1992 и 2003 гт. (рис. 3) подтвердил общую тенденцию снижения содержания и запасов гумуса: если содержание его л слоях

] 23456789 10

20 40 60

Содержанке Р]0), мг/кг

80 100 120 140 160 180 200 220

100

Рис. 3, Сравнительная агрохимическая характеристика чернозема выщелоченного тяже л осу I ли г 1 ист ою реиерного участка локаиного мошпорнлга ------3992 гол, -2003 юл.

О - 40 и 0 - 100 см в 1992 году составляло 7,0 и 3,5 %, то в 2003 году соответственно 5,5 и 3,2 %, запасы соо1ветственно 287 и 375 т/га, 228 и 356 т/га. Сумма поглощенных оснований уменьшилась на 17,2 мг-экв/ЮО г, подвижные формы фосфора и калия на 55 и 43 мг на 1 кг почвьг.

Кроме агрохимических показателей на реперном участке велись наблюдения за содержанием тяжелых металлов, так как почва является главным приемником техногенных масс токсикантов и долгие годы может оставаться источником загрязнения ими. '

Результаты исследований показали, что за период с 1992 по 2003 гг. в черноземе выщелоченном репер но! о участка возросло содержание валовых форм меди и цинка в 1,1 и 1,4 раза соответственно, с 1995 но 2003 гг. свинца в 2,3 раза, с 1999 по 20031т никеля в 1,5 раз. При этом содержание валовых форм свинца, кобальта и никеля в 1,5, 1,1, и 1,2 раза превышало почвы Республики и в 1,5, 1,8 и 1,5 раз - геохимическое паче Земного шара; валовое содержание меди и ртути было выше геохимического фона в 1,3 и 5 раз.

Большее накоплен не тяжелых металлов происходило в ггочвах с более высоким содержанием органического вещества, а подвижность их определялась реакцией почвенного раствора: с повышением кислотности она возрастала.

Гущусное состояние черноземов Ульяновской области на примере учхоза УГСХА

Изменение содержания и тан асов гуздуса за 1081 — 2001 топы. Почвенный покрой учебно-опытного хозяйства УГСХА представлен двумя подтипами чернозема: выщелоченным и типичным. По данным агрохимического обследования 2001 года на 179 га панти пахотных земель содержание гумуса составляло менее 3,0 % (1,2 % пашни), на 946 га - от 3,1 % до 3,5 % (6,2 %), на 5885 га - от 3,6 - 4,0 % (38,2 %), на 5152 га - от 4,1 - 4,5 % (33,5 %) и на 3138 га - от 4,6 до 5,0 % (20,3 %). Таким образом, на 45,6 % пашни содержание 17-муса не превышало 4,0 %, а иа 79,1 % - 4,5 %. Данные типичны для всей Ульяновской области, где среднее содержание 1умуса с 5,08 % в 198! году уменьшилось до 4,5 % в 2001 году.

Устойчивое снижение содержания и запасов гумуса в почвах севооборотов в учхозе В значительной степени обусловлено практически полным прекращением внесения удобрений (табл. 1).

Таблица 1. Внесение органических и минеральных удобрений в учхозе УГСХА за период 1992 - 2003 гг.

Вид удобрений 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003

Минеральные, кг д.в./га Органические, т/га 93,2 6Л 66,3 6,0 15,5 3,0 15,4 0,97 4,3 0,7 16,9 1,6 21,3 1,0 24,6 1,4 20,0 3,2 14,4 0,24 8,7 0,0 5,5 0,0

Нам представляется, что в почвах учебно-опытного хозяйства содержание гумуса достигло уровня, в значительной степени ограничивающего продуктивность агроценозов.

Динамика урожайности сельскохозяйственны* культур и пвопют гумусового баланса. Анализ урожайности культур в учхозе по зерновой группе за 1982 — 2003 годы показал явно выраженный тренд снижения как уст о йчн по-

годы

Рис, 4. Динамика >рожа2носш зерновых кулыур в уч*оіе УГСХЛ за 1982-2003 гг.

При этом размах колебаний урожайности составил 2,6 т/га. Несомненно, здесь есть значительная доля почвенной экосистемы, состояние которой определяется прежде всего содержанием и запасами гумуса. Например, урожайность ячменя при одинаковом уровне агротехники и засоренности иоссвов на 13 поле полевого севооборота второго отделения с содержанием гумуса 4,0 % составила 2,69 т/га, на 10-ом поле с содержанием гумуса 4,8 % — 3,17 т/га.

Прогноз гумусового баланса в севооборотах, рассчитанный с учетом сложившейся в настоящее время системы земледелия и уровня урожайности культур, показал, ^гго за счет пожнивно-корневых остатков компенсируется в среднем 25 % от общих биологических потерь гумуса. Внесение измельченной соломы 50 - 60 % от общего объема позволяет компенсировать 20 % расхода гумуса на формирование урожайности культур, возделывание сидеральных культур на 9 % площади пашни — до 30 %. Тем не менее, баланс гумуса остается отрицательным 0,23 т/га). Следовательно, проблема восстановления почвенного плодородия в учебно-опытном хозяйстве остается очень сложной.

Оптимизация гумусного сосгонния черноземов

Структура использования пашни и сст>оГк>ротов. Исследования показали, что биогенные ресурсы (пожни вно-корневые остатки, солома, снмбиотиче-ская ззотфиксация бобовых культур), их количественный и качественный состав,

9

определяемые структурой севооборота, оказывают прямое влияние на гумусное состояние и происходит дифференциация севооборотов по влиянию на режим органического вещества и в иелом на плодородие почвы (рис. 5). Ни в одном севообороте, кроме зернотравяного, масса растительных остатков, поступающих в почву (с учетом внесения навоза 10 т/га и соломы зерновых культур), не обеспечивала компенсацию расхода гумуса на формирование биомассы культур.

1976 1981 1986 1991 2000

Годы

ш/':н1.!1 Зернопаровой ШША Зерновой Ь.-■тЯ Зернопропашной ЩЦЦ Зсрногравяяый

—Н— Зернопаровой - -о— Зерновой ■ - *Л- * ■ Зернопропгигаой - -х — ЗернотрагяныП

Рис. 5. Динамика содержания гумуса и общего азота в экспериментальных севооборотах в слое 0-40 см, %

За 25 лет ротации севооборотов наименьшие потери гумуса наблюдались в зерновом севообороте - 17,1 т/га, тогда как в зернопронаш ном — 25,2 т/га, а в зернопаровом - 33,3 т/га. В зернотравяном севообороте без внесения навоза биологические потери гумуса полностью компенсировались за счет пожнивно-корневых остатков и соломы зерновых культур (3 т/га).

Обработка почвы. Литературные сведения о результатах воздействия различных систем обработки почвы на содержшше гумуса достаточно противоречивы, что обусловлено, по-видимому, различными экологическими условиями, в которых проведены исследования, и наличием большого количества факторов, определяющих режим органического вещества почвы.

Результаты наших исследований показали (табл. 2), что, несмотря на внесение навоза из расчета 10 т/га и оставление соломы зерновых культур в зернопаропропашном севообороте с долей чистого пара и кукурузы по 16,1 %, а затем замену в 1996 году чистого'пара на сидеральный, ни отвальная, ни плоскорезная (в т.ч. и поверхностная) системы обработки почвы не обеспечивают простого воспроизводства содержания и запасов гумуса. За 12 лет применения отвальной обработки чернозем выщелоченный потерял около 18 т/га гумуса (1,5 т/га ежегодно). По другим вариантам снижение содержания гумуса происходило с меньшей скоростью: за период с 1987 по 1999 гг. минерализация

Таблица 2. Содержание гумуса в среднем по зерпопро пат ному севообороту и зависимости от систем основной обработки чернозема выщелоченного

Система основной Слой почвы, Годы

обработки см 1987 1993 ■ 1999

0-10 5,39 5,08 4,82

10-20 5,10 4,86 4,62

Отвальная 20-30 30-40 4,88 4,61 4,72 4,56 4,57 4,51

0-30 5,12 4,89 4,67

0-40 5,00 4,81 4,63

0- 10 5,36 5,02 4,78

10-20 5,11 4,94 4,76

Плоскорезная 20-30 30-40 4,87 4,64 4,82 4,62 4,71 4.60

0-30 5,11 4,93 4,75

0-40 4,99 4,85 4,71

0-10 5,30 5,22 5,11

10-20 5,05 5,00 4,96

Комбинированная в севообороте 20-30 30-40 О-ЗО 4,84 4.58 5,05 4,89 4,63 5,03 4,81 4,62 4,96

0-40 4,94 4,94 4,88

0-10 5,36 5,06 4,91

10-20 5,08 4,93 4,82

Поверхностная 20-30 30-40 4,89 4,62 4,83 4,61 4,74 4,58

0-30 5,П 4,97 4,82

0-40 4,99 4,86 4,76

гумуса в слое почвы 0 —40 см но плоскорсзной обработке составила 14 т/га, по поверхностной 12 т/га. И только но комбинированной в севообороте системе обработки почвы за этот период наблюдался почти бездефицитный баланс iy-муса. При комбинировании в севообороте способов основной обработки почвы в соответствии с требованиями культур в почву поступало ббльшсс количество растительных остатков (5,01 и 4,90 т/га абсолютно сухого вещества по отвальной и комбинированной обработкам почвы и 4,41 и 4,38 т/i-a по плоскорсзной и поверхностной) и создавались более благоприятные условия для нх гумификации.

Система удобрений. Расчеты новообразований гумуса в опытах но изучению эффективности минеральных удобрений и соломы в зернопропашном севообороте (табл. 3) показали, что, например, оставление в поле измельченной ржаной соломы и заделка се в почву позволяет повысить количество новообра-

зеванного гумуса с 0,67 т/га (контроль) до 1,65 т/га. Эффективность соломы в качестве удобрения повышалась при совместном ее внесении с минеральными удобрениями, где количество образованного гумуса составило от 1,74 до 1,81 т/га. Использование одних минеральных удобрений способствовало незначительному увеличению количества новообразованных гумусовых веществ. Аналогичная закономерность наблюдалась по всем другим культурам.

Таблица 3. Влияние минеральных удобрений и соломы на образование гумуса при их внесении под посевы озимой ржи, т/га.

Вариант

ИРК"» •ЧРК* МРК-

Показатель Без КРК соло- соло- КРК соло- Со- Со- Со-

удоб- КРК + со- ма* ыа+ мы+соло- ло- лома лома

рений лома N,0 Ли ма* Ыц ма

кг/г кг/г кг/т

Зерно, т/га 2,64 3,15 3,15 3,04 3,18 3,08 2,86 2,93 2,84

Солома, т/га - - 4,70 4,54 4,76 4.60 4,27 4,37 4,24

Соотношение солома-.зерно - - 1,49 1,49 1,49 1,49 1,49 1,49 1,49

Гумнфикаияя - - 0,22 0,22 0,22 0,22 0,22 0,22 0,22

Новообразование гумуса, т/га - - 3,03 1,00 1,05 1,01 0,94 0,96 0,93

Пожнивные остатки, т/га 1,11 1,26 1,26 1,23 1,28 1,24 1,18 1,20 1.17

Гумификация 0,22 002 0,22 0,22 0,22 0,22 0,22 0,22 0,22

Новообразование г>тч>са, т/га 0,24 0,28 0,28 0,27 0,28 0,27 0,26 0,26 0,26

Корневая масса 2,48 2,78 2,83 2,76 2,85 2,78 2.64 2,68 2,62

Гумификация 0,17 0,17 0,17 0,17 0,17 0,17 0,17 0,17 0,17

Новообразование гумуса, т/га 0,42 0,47 0,48 0,47 0,48 0,47 0,45 0,46 0,45

Шого 0,67 0,75 1,79 1,74 1,81 1,76 1,65 1т68 1,64

Таким образом, использование соломы на удобрение как совместно с минеральными удобрениями, так и отдельно в значительной степени способствовало сохранению содержания и запасов гумуса в почве.

Энергетическая эффективность приемов регулирования гумусного состояния чернозема выщелоченного '

Биоэнергетическая оценка различных севооборотов приведена в таблице 4. Как видно кз приведенных данных, возделывание культур в зернонаровом, зернопропашном и зерновом севооборотах сопровождалось значительно более высокими затратами, чем в зернотравяном. Энергетическая эффективность их без учета затрат энергии гумуса на формирование урожайности культур заметно не различалась и варьировала в пределах 1,40 — 1,54. Однако с учетом энергии гумуса наиболее затратным являлся зернопаровой севооборот, где но чистому пару экершя гумуса снижалась,на 83,7 ГДж/га, тогда как под люцерной она повышалась на 25,2 ГДж/га. В связи с этим зернопаровой севооборот энергетически не эффеюгивен, а эффективность зернотравяного севооборота в

12

Таблица 4. Энергетическая эффективность севообороюн, ГДж/га (средняя за 1991 - 2000 гг.)

Севообороты Затраты техногенной энергии Изменения энергии гумуса Накоплено энергии Коэффициент энергетической эффективности проичвог.ства*

В ОСНОВНОЙ продукции в фитомассе основной ПрОЛЇХЩШ фитомассы

Озимая рожь по

чистому пару 45,7 -83,7 78,0 237,9 1.71 5,21

Яровая пшеница 41,0 -4.5 55,0 164,5 1,34 4.02

Овес 36,2 -10,1 55,9 175,3 1,54 4,84

По севообороту 40,9 -24,6 47,2 144,4 1.54 0,85 4,70

Горох 45,0 9,1 31,3 84,5 0,69 1,88

Озимая рожь 39.4 -0.6 69,4 21 и 1,76 5,36

Яровая пшеншіа 40.1 -8,4 57,7 172,4 1,44 4.30

Овес 32,6 -7,9 61.5 194,6 1,88 5,96

Но севообороту 39,3 -4.5 55,0 165,7 1,40 1,26 =Щ 3,79

Горок 33,7 -12,2 37,4 105,7 1,11 3.14

Озимая рожь 32,5 69,4 211,2 2,13 6,50

Люцерна выв. воле 21,5 25,2 119,2 291,7 5,55 13,58

Яровая пшеница 35,5 -3.9 59,3 177,0 1,67 4.98

Овес 32,6 59.6 188,2 1,83 5,77

По севообороту 31,2 -2,2 69,0 194.7 1,63 1.47 «¿5 6,53

Горох Озимая рожь Кукуруза Яровая пшеница Овес По севообороту 33,7 39,3 75.1 41,0 37.2 45.3 -14,8 -14,1 -27,0 0,3 -2.6 -11,6 38,2 69,8 ¡33,4 55,6 58,1 88,8 108,5 212,4 206,2 166,2 183,1 175,3 1.13 1,78 1,78 иб 1,56 1,47 1,06 3,22 5,41 2,75 4,05 4,93 3,0.4

* над чертой - с учетом затрат технотшоЛ энергии, под чертой - с учетом с>ммор»ии затрат техногенной энергии и изменения энергии 1} муса.

1,7 раз превышала первый с учетом только ос но иной продукции и в 2,5 раз — с учетом энергии, накопленной во всей фитомассе.

Результаты расчетов энергетической эффективности зернопронашного севооборота (пар сидеральний - озимая рожь - кукуруза - яровая пшеница -горох - овес) в зависимости от систем основной обработки почвы показали, что биоэнергетические коэффициенты как при производстве зерна, так и фи-томассы выше по отвальной и комбинированной в севообороте системам обработки почвы и составляли 1,73, 1,77 и 8,19 и 7,86 соответственно. Однако при возделывании культур происходят значительные затраты энергии гумуса, восстановление которого связано с большими энергетическими затратами. При учете затрат энергии гумуса соотношение коэффициентов энергетической эффективности репко меняется: по отвальной и плоскорезпой системам обработки почвы они становятся меньше слинним (0,92), а по поверхностной не прс-

вытают ее. И только по комбинированной системе обработки почвы наблюдались наиболее высокие энергетические коэффипнетгты как при производстве зерна, так и общей фитомассы (1,38 и 5,71).

Таким образом, наиболее тумусосберегающей, а, следовательно, и энергосберегающей, является технология с комбинированной в севообороте обработкой почвы. При этом иод пар (чистый и сидеральный) целесообразно проводить основную обработку плутом со стойкой СибИМЭ на 25 — 27 см, после парозанимающих культур — поверхностную на 10 — 12 см, под горох и нро-пашные - вспашку на 25 — 27 см и 28 — 30 см, под яровые зерновые - плоскорезную на 20 — 22 см.

Анализ энергетической эффективности соломы и минеральных удобрений в технологиях возделывания^культур показал, что системы удобрений с использованием соломы высокоэффективны как в отношении гумусосбереже-пия, так и энергосбережения. Например, при возделывании озимой ржи наиболее энергосберегающей системой удобрений являлись варианты с использованием соломы и соломы с азотной добавкой к ней N10, эффективность которых в 1,2 — 2,1 раза была выше остальных. Биоэнергетический коэффициент возделывания кукурузы с применением соломы был наибольший и составлял 3,18, что на 26 - 52 % выше других вариантов. Аналогичная закономерность наблюдалась и но друпш культурам.

Таким образом, крайне важно учитывать не только затраты техногенной энергии на производство продукции, но и энергию органического вещества почвы, расходуемой на формирование биомассы культур. По расчетам Г. А. Булаткииа (1991), суммарная потребность в невоэобновляемои энергии па воспроизводство плодородия почв составляет около 1 % национального энергопотребления. В этом отношении применение соломы в качестве удобрения, расширение посевов многолетних трав в структуре использования пашни и практическое внедрение комбинированной в севооборотах системы обработки почвы позволят в значительной степени экономить ресурсы невозобновляемой энергии на восстановление содержания и запасов гумуса, а, следовательно, плодородия почвы.

ВЫВОДЫ

1. Анализ содержания и запасов гумуса лесостепных черноземов Зака-мья Республики Татарстан показал значительную динамику данных показателей. При этом выделяются 2 периода: до середины 90-х годов XX столетия и до настоящего времени, Первый'период характеризовался накоплением органического вещества и увеличением запасов гумуса ежегодно (в среднем на 2,4 т/га); во втором наблюдались ежегодные его потери на 0,6 т/га. Таким образом, за последние 5-10 лет баланс гумуса в черноземах этого региона оказался нарушенным. В отдельных районах и хозяйствах дисбаланс гумуса достиг значительных величин.

2. Общее снижение содержания гумуса в черноземах лесостепи Средне-

го Поволжья подтверждается и но данным разрезов, заложенных ни черноземах Закали,я Республики Татарстан в 1956 и 2003 1т. Нжегодные потерн гумуса в них за почти 50-летний период варьируют от 0,7 до 2,4 т/га.

3. Изменения в гумус ном состоянии коснулись не только количественных показателей гумуса, но и его качественного состава. Так, в Ааи и и щелоченного н типичного черноземов установлено уменьшение обшего коли честна [уминовых кислот на 5 — 20 что обусловлено уменьшением содержания н запасок гумуса в этих почвах за рассматриваемый период, В то же время гуми-новых кислот, связанных с кальцием, стало больше, что улучшило отношение Спс к Сек в среднем на 15 %.

4. В результате локального мониторинга на реперном участке за 1992 -2003 гг. установлено, что негативное антропогенное воздействие на почвенный покров сохраняется: содержание гумуса в метровом слое чернозема выщелоченного уменьшалось на 0,1 % (10 т/га), подвижных форм фосфора и кхтия на 55 н 43 мг/кг почвы соответственно. В то же время содержание тяжелых металлов в почвах увеличилось до полутора и более раз.

5. Содержание гумуса в черноземах учебно-оньтюго хозяйства УГСХЛ на 45,6 % пашни не превышало 4,0 % и на 79,1 % — 4,5 %, Запасы гумуса продолжают снижаться, что связано с практически полным прекращением применения органических и минеральных удобрений: »несение минеральных удобрений с 93,2 кг д.в./га в 1992 год»' снизилось до 5,5 кгд.в./га в 2003 голу, органических-с 6,1 т/га до 0,24 т/га в 2001 году. В последние два года (2002,2003) органические удобрения не вносились.

6. Доля почвенной экосистемы в формировании урожайности сельскохозяйственных культур значительна, Дегумификация почв приводит к снижению как урожайности, так и увеличению её вариабельности. Размах колебаний урожайности зерновых культур в производственных условиях при изменении содержания 1умуса в 0,6 % может достигать 0,5 т/га к год.

7. Решение проблемы регулирования 1умусного состояния черноземов Среднего Поволжья возможно за счёт оптимизации структуры использования пашни и севооборотов, систем обработки почвы и удобрений. Зернотравяные севообороты без внесения навоза при использовании в качестве удобрения соломы зерновых культур позволяют обеспечить бездефицитный баланс гумуса. При этом энергетическая эффективность зернотравяиого севооборота в 1,7 раз превышала зернопаровой севооборот с учётом расхода энергии гумуса при производстве основной продукции и в 2,5 раза - фитомассы, зерновой соответственно в 1,2 и 1,7 раз, зернопропашной - в 1,4 и 2,1 раза.

8. Системы удобрений сельскохозяйственных культур с использованием соломы высокоэффективны как с точки зрения гумусосбсрсжсния, так и энергосбережения, Энергетическая эффективность возделывании озимой ржи с использованием соломы в качестве удобрения в 1,4 раза превышала вариант бе* удобрений и н 2,1 раза вариант с использованием минеральных удобрений. По другим культурам аналогичная закономерность сохранялась.

9. С точки зрения сбережения гумуса и затрат энергии целесообразно

применение в ссвооборснах комбинированной системы обработки почт. При этом под пар (чистый, сидеральный) при возделывании озимых культур целесообразно проводить основную обработку плугом со стойкой СнбИМЭ на 25 -27 см, после парозанимающих культур — поверхностную на 10 — 12 см, иод горох и пропашные — вспашку соответственно на 25 - 27 и 28 — 30 см, под яровые зерновые - плоскорезную на 20 - 22 см.

10. При энергетической оценке технологий возделывания сельскохозяйственных культур необходимо учитывать не только затраты техногенной энергии на производство продукции, но и энергию органического вещества почвы, расходуемую на формирование биомассы культур. Многолетние травы в севообороте и использование соломы зерновых культур в качестве удобрения позволяют в значительной степени экономить энергетические ресурсы на восстановление почвенного плодородия.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

Для воспроизводства содержания и запасов гумуса в чернозёмах Среднего Поволжья необходимо:

- внести коррективы в структуру посевных площадей н севооборотов с увеличением доли многолетних бобовых трав и ендератьных культур до 20 — 25 %, Наиболее энергетически эффективными являются севообороты с выводным полем люцерны, горохом, озимыми культурами;

- использовать максимальное количество соломы (до 50 - 60 % от производимой массы) в качестве удобрения;

- практически освоить комбинированную в севообороте систему обработки почвы. При этом под предшественники озимых культур целесообразно проводить основную обработку плугом со стойкой СнбИМЭ на 25 — 27 см, после парозанимающих культур - поверхностную на 10 - 12 см, иод горох и пропашные — вспашку плугом соответственно на 25 - 27 и 28 — 30 см, под яровые зерновые - плоскорезную обработку на 20 - 22 см.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Куликова А. X. Регулирование режима органического вещества в почвах Ульяновской области / А. X. Куликова, Н. В. Семенова // Мат. науч.-практ. межрегиональной конф, «Основные направления совершенствования систем земледелия на адаптивно-ландшафтной основе», Ульяновск, 2000. С. 56 — 58.

2. Куликова А. X, Регулирование режима органического вещества в черноземах лесостепи Поволжья / А. X. Куликова, Н. В. Семенона // Мат. науч.-практ. межрегиональной конф., .посвященной 100-летию со дня рождения С. И. Андреева. Чебоксары, 2000. С. 72 - 76.

3. Куликова А, X. Гумусное состояние чернозема выщелоченного в зависимости от систем основной обработки почвы /. А. X. Куликова, П. В. Ссмено-

16

ва // Мат. Всерос. науч.-практ. конф. «Лірозкологическис проблемы сельско-хозяйствеїшого производства в условиях техногенного загрязнения агрозкоси-стем». Казань, 2002. С. 29 - 34.

4. Семенова Н. В, Обработка почвы как фактор устойчивости гумусного состояния чернозема лесостепи Поволжья // Мат. Всерос. науч. конф, «Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям». Москва, 2002. С. 219-220.

5. Семенова Я. В. Современное гумусное состояние черноземов Республики Татарстан И Мат. Всерос. науч.-практ. конф. «Лгроэкологические проблемы сельскохозяйственного производства в условиях техногенного загрязнения агрозкосистем». Казань, 2002. С. 34 - 38.

6. Куликова А. X Гумусное состояние выщелоченного чернозема в зависимости от систем основной обработки почвы в сравнении с целинным аналогом / А. X. Куликова, А. В. Карпов, Н. В. Семенова // Маг. конф. «Земледелие на рубеже XXI века». Москва, 2003. С. 338 - 344,

7. Куликова А, X. Системы основной обработки почвы и гумусное состояние / А. X. Куликова, А. В. Карпов, Н. В, Семенова // Земледелие. № 5. 2003. С. 27.

8. Семенова Н.В. Содержание тяжелых металлов в почвах Закамья Республики Татарстан // Мат. Междунар. конф. «Роль почвы в формировании естественных и антропогенных ландшафтов». Казань, 2003. С. 431 -434.

9. Куликова А. X. Естественная и антропогенная эволюция гумусного состояния чернозема Среднего Поволжья / А. X. Куликова, А. В. Карпов, Н. В. Семенова, Е. М. Борисова // Мат. IV съезда Докучаевского общества почвоведов «Почвы — национальное достояние России». Новосибирск, 2004. С. 411.

10. Семенова Я, В. Изменение гумусного состояния и проблема плодородия черноземов Закамья Республики Татарстан // Мат. региональной науч. конф. молодых ученых «Молодые ученые агропромышленному комплексу». Казань, 2004. С. 59-61.

11. Семенова Н. В. Современное гумусовое состояние черноземов Закамья Республики Татарстан и пути его оптимизации // Тез. докл. Всерос. конф. «Человек и почва в XXI веке» в рамках Междунар. форума «Сохраним планету Земля». С.-П6., 2004. С. 127.

12. Семенова Н. В. Содержание тяжелых металлов в почвах Закамья // Мат. IV съезда Докучаевского общ. почвоведов «Почвы — национальное достояние России», Новосибирск, 2004. С. 564.

13. Семенова Н. В. Оценка состояния чернозема выщелоченного на основе мониторинга реперного участка / Н. В. Семенова, Д. С Булгаков // Мат. Всерос. науч.-практ. конф. «Агроэкологическне проблемы сельскохозяйственного производства в условиях антроногенного развития». Ульяновск, 2004. С. 64-66.

»23 297

Подписано в печать (Я . Л? . £>*/ формат 60*84>Ы Бумага типогр. >Ь Гарнитура ТшьТаЙмс Усл. печ. л.

Заказ X, Тире* /&С

Ризограф УГСХА

43260!, «-.Ульянове*, бульвар Новый Венец, I