Агроэкологическая оценка сельскохозяйственных земель лесостепи Новосибирского Приобья

Капустянчик, Светлана Юрьевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Агроэкологическая оценка сельскохозяйственных земель лесостепи Новосибирского Приобья
ВАК РФ 03.02.13, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Агроэкологическая оценка сельскохозяйственных земель лесостепи Новосибирского Приобья"

На правах рукописи

КАПУСТЯНЧИК Светлана Юрьевна

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ ЛЕСОСТЕПИ НОВОСИБИРСКОГО ПРИОБЬЯ

03.02.13 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

З ОКТ 2013

Новосибирск — 2013

005534090

Работа выполнена в лаборатории рационального землепользования Сибирского научно-исследовательского института земледелия и химизации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ СибНИИЗиХ Россельхозакадемии)

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук,

старший научный сотрудник Добротворская Надежда Ивановна.

Официальные оппоненты: Танасиенко Анатолий Алексеевич,

доктор биологических наук, старший научный сотрудник, главный научный сотрудник лаборатории почвенно-физических процессов Института почвоведения и агрохимии СО РАН;

Чупрова Валентина Владимировна, доктор биологических наук, профессор, заведующая кафедрой почвоведения и агрохимии Красноярского государственного аграрного университета.

Ведущая организация: Омский государственный аграрный университет.

Защита состоится 31 октября 2013 г. в 13-часов на заседании диссертационного совета Д 003.013.01 при Институте почвоведения и агрохимии СО РАН по адресу: 630090, Новосибирск, пр-т Академика Лаврентьева, 8/2, ИПА СО РАН. Тел./факс: (383) 363-90-25. E-mail: soil@issa.nsc.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Института почвоведения и агрохимии СО РАН.

Автореферат разослан сентября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук

Якименко В.Н.

Актуальность исследований. Нарастание почвенно-экологических проблем сельскохозяйственных земель обусловило необходимость более дифференцированного подхода к использованию земельных ресурсов и адаптации сельскохозяйственного производства к ландшафтным условиям. Принципы экологизации сформулированы в концепции адаптивно-ландшафтного земледелия и растениеводства [Жученко, 1990; Каштанов, 1992; Кирюшин, 1993; Ло-пырев, 2001]. Важнейшей частью адаптации систем земледелия к ландшафтным условиям местности является предварительная агроэкологическая оценка и группировка земель, методология которой разработана и обобщена в методическом руководстве «Агроэкологическая оценка земель, проектирование адаптивно-ландшафтных систем земледелия и агротехнологий» [2005]. В настоящее время осуществляется развитие региональных аспектов системы агроэкологи-ческой оценки и группировки земель. В Предуралье такие работы проводятся в Пермской ГСХА и НИИ сельского хозяйства [Каменских Н.Ю., Самофалова И.А., 2012; Косолапова А.И., Попова С.И., 2012], в Западной Сибири в Сиб-НИИЗиХ [Адаптивно-ландшафтные системы земледелия..., 2002; Добротвор-ская Н.И., 2009].

Сущность проблемы агрооценки состоит в том, что зональные системы земледелия, ориентированные на автоморфные почвы (в Западной Сибири черноземные), не соответствуют реальной экологической ситуации сельскохозяйственных земель, связанной с неоднородностью почвенного покрова. На территории Новосибирского Приобья влияние мезо- и микрорельефа на почвообразовательные процессы обусловливает контрастность почвенных свойств и микроклимата почв даже в пределах производственного поля. В тесной связи с неоднородностью экологических условий находится пестрота в урожайности культур, снижение качества зерновой продукции, а также сложность в проведении агроприемов. Поэтому необходима взаимная увязка компонентов в системе рельеф - почвы - микроклимат - агроценоз. Взаимосвязь полученных параметров в данной системе обеспечивается привязкой к координатам конкретного рабочего участка. Для этого широко используются пространственные и тематические информационные базы, которые создаются на основе ГИС-технологий. Логическим результатом такого исследования является агроэкологическая группировка земель.

Однако остаются пока не до конца изученными региональные особенности агроэкологических условий сельскохозяйственных земель, важные с позиций современной стратегии адаптивно-ландшафтного земледелия. Не вполне выявлены критерии агроэкологической оценки, которые необходимо учесть в целях адаптации ГИС-технологий для проектирования систем земледелия в конкретных хозяйствах.

Цель исследований: выявить закономерности распределения факторов агроэкологической неоднородности и осуществить агроэкологическую группировку сельскохозяйственных земель (агроландшафтов) в лесостепи Новосибирского Приобья.

Задачи исследований.

1. Выявить закономерности дифференциации почвенно-микроклимати-ческих условий по элементам рельефа местности.

2. Провести группировку агроландшафтов на основе комплекса показателей: рельефа, почвенных свойств, микроклиматических условий.

3. Дать комплексную оценку агроэкологических особенностей плакорно-го микрозападинного агроландшафта в системе рельеф — почвы - микроклимат - агроценоз.

Научная новизна. Применительно к условиям лесостепи Новосибирского Приобья проведены комплексные исследования и получены новые данные в системе рельеф — почвы — микроклимат — агроценоз, проведена группировка земель и выделен новый вид агроландшафта, дана группировка микрозападин по комплексу агроэкологических признаков, выявлены закономерности распределения агроэкологических факторов - влаги, нитратного азота и степени засоренности агроценоза - по элементам микрорельефа.

Защищаемые положения:

1. Распределение микроклиматических условий в почвах лесостепи Новосибирского Приобья по элементам мезо- и микрорельефа характеризуется существенными различиями параметров увлажнения и теплообеспеченности.

2. Агроландшафты Новосибирского Приобья по комплексу признаков -рельефа, почвенного покрова и микроклиматических условий - делятся на три группы: диакорный, плакорный микрозападинный, эрозионный.

3. Плакорный микрозападинный агроландшафт характеризуется существенной внутренней неоднородностью агроэкологических условий: свойств почв, микроклимата, распределения элементов питания, степени засоренности агроценоза, урожайности и качества продукции яровой пшеницы.

Научная и практическая значимость. Группировка агроландшафтов может использоваться для развития ландшафтно-экологической классификации земель Новосибирского Приобья. Полученные материалы и рекомендации могут быть использованы при землеустройстве территории для корректировки границ рабочих участков, при проектировании систем адаптивно-ландшафтного земледелия в конкретных хозяйствах, для разработки мероприятий по рациональному использованию земельных угодий, а также для совершенствования методики кадастровой оценки земель.

Апробация работы. Результаты исследований представлены и доложены на Международных и Всероссийских научно-практических конференциях: "Новейшие направления развития аграрной науки в работах молодых ученых" (Краснообск, 2010, 2012); "Ковалевские молодежные чтения: Почвы Сибири -прошлое, настоящее, будущее" (Новосибирск, 2010); "Инновационное развитие агропромышленного комплекса Сибири на основе современных достижений науки" (Краснообск, 2011); "Современные проблемы генезиса, географии и картографии почв" (Томск, 2011); "Современные проблемы почвоведения и природопользования в Сибири" (Томск, 2012); "Тенденции развития агрофизики в ус-

ловиях изменяющегося климата" (С-Петербург, 2012); "Информационные технологии, системы и приборы в АПК - АГРОИНФО-2012" (Краснообск, 2012).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 работ, в том числе две в журналах, включенных в «Перечень...» ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация написана на 133 страницах машинописного текста, содержит 32 таблицы, 21 рисунок, 1 приложение. Список литературы состоит из 192 наименований.

1. Современное состояние проблемы

В главе представлен литературный обзор по истории экологизации использования земель в сельскохозяйственном производстве [Каштанов, 1974; Бараев, 1975; Кирюшин, 1996], применению принципов лавдшафтоведения в современном землепользовании и земледелии [Глазовская, 1964; Перельман, 1975; Николаев, 1987]. Представлен обзор литературы о сущности и показателях агроэкологической оценки земель [Фридланд, 1972; Агроэкологическая оценка..., 2005], приводится описание геоморфологических, литологических, климатических условий формирования почвенного покрова Новосибирского Приобья и методических подходов к изучению почвенных процессов в работах исследователей [Никитенко, 1957; Будыко, 1965; Николаев, 1976; Сляднев, 1976; Воронина, 1991; Путилин, 2002; Танасиенко, 2003], способов выделения почвенных комбинаций на ландшафтно-геохимической основе [Базилевич, 1983; Смоленцев, 2002]. Дается анализ литературных источников по применению ГИС-технологий в исследованиях почвенного покрова [Дитц, Смоленцев, 2002; Сорокина, 2006; Козлов, 2007].

Анализ литературных материалов показал, что требуется проведение детальной агроэкологической оценки региональных особенностей сельскохозяйственных земель, а также дифференциации агроландшафтов в связи с изменением экологических условий.

2. Объекты и методы исследования

Исследования проводили в период 2004-2012 гг. на ключевом участке общей площадью 136,65 га в ландшафтной системе, представляющей собой сочетание плакорного участка четвертой террасы реки Обь, на котором расположено опытное поле СибНИИЗиХ, и ее склона к третьей террасе, находящегося в производственном использовании ОПХ «Элитное» Новосибирской области. Совокупность наблюдательных площадок отражает соподчиненные элементы рельефа в рамках единой катены, которая рассматривается в данном исследовании как природная модель ландшафта [Методологические и методические..., 1988] (рис.1).

Изучаемые параметры: структура почвенного покрова, агрохимические и физико-химические свойства почв ключевого участка, микроклиматические условия - дневная температура воздуха на высоте 0,5 м от поверхности почвы, на поверхности почвы, температура почвы на глубине 5, 10, 15, 20, 25, 30 см, запа-

сы продуктивной влаги. Наблюдения за температурой воздуха и почвы проводились электронными термометрами ТМЦЭ-2В с выносным датчиком температуры в виде металлического зонда в двукратном повторении в первой половине дня ежесуточно. Запасы продуктивной влаги определялись по элементам рельефа в метровом слое почвы в двукратной повторности в течение вегетационного периода культур в соответствии с фазами развития растений: всходы -кущение - колошение - восковая спелость.

- - граница объекта исследования;

^ — горизонтали;

— ЛеСОПОЛОСЫ И КОНТурЫ Древесной растительности. Наблюдательные площадки: _н.п.1 -слабо выраженный северный склон пологой гривы; н.п.2 - замкнутое эллипсо-образное понижение на плакоре; н.п.З -ровный повышенный плакор со слабым восточным наклоном; н.п.4 - верхняя часть слабо выраженного южного склона; н.п.5 - средняя часть южного склона; н.п.6 — нижняя часть южного склона Рис. 1. Схема ключевого участка и взаимное расположение наблюдательных плошадок

В 2010 году на плакорном участке был заложен опыт, цель которого — выявить влияние микроклиматических условий микрозападин на агрономические факторы развития агроценоза яровой пшеницы: распределение элементов питания, степень засоренности агроценоза, урожайность и качество продукции яровой пшеницы.

Опыт заложен на двух участках: на плакорном повышенном и в микрозападине площадью 0,3 га, с глубиной в центре около 1,5 м и крутизной бортов 23° (совмещен с наблюдательной площадкой «н.п.2» (см. рис. 1)). Фактором дифференциации агроэкологических условий в микрозападине является высотный градиент, обусловливающий миграцию влаги и питательных элементов от периферии микрозападины к ее центру. Поэтому отбор образцов и наблюдения проводились в верхней и нижней позициях бортов микрозападины отдельно. Рассматривалось также влияние экспозиции склонов микрозападины на агро-экологические свойства.

Учитывая радиальное направление потоков влаги к центру микрозападины, опытные делянки имеют форму треугольников, внутренние стороны которых ориентированы также к центру перпендикулярно изолиниям рельефа и

имеют асимметричную форму, что обусловило различие размеров делянок. Необходимая доза удобрений рассчитывалась на каждую делянку отдельно. Площадь делянок варьирует от 197 м2 до 290,5 м2. Участок на повышенном выровненном плакоре использовался в качестве эталона сравнения. Площадь каждой делянки 70 м2.

Схема опыта включает три уровня удобренности: вариант 1 - без удобрений (контроль), вариант 2 - N60P30, вариант 3 - N^oPeo- Удобрения (аммиачная селитра, суперфосфат) вносили весной вразброс перед культивацией в слой 010 см. Выращиваемая культура - яровая пшеница сорта Новосибирская 29. Основная обработка почвы - безотвальное рыхление на глубину 22 см. Технология возделывания — общепринятая для зоны исследований. Повторность опыта 3--кратная на плакоре, 4--кратная в микрозападине.

Наблюдаемые параметры в данном опыте - температура почвы на глубине 5, 10, 15, 20 см, запасы продуктивной влаги и их динамика в течение вегетационного периода, пространственная и временная динамика нитратного азота, засоренность посевов сорной растительностью и почв семенами сорной растительности, урожайность и качество зерна сельскохозяйственной культуры. Температура почвы измерялась электронными датчиками марки DS 1921 на протяжении вегетационного периода культуры с интервалом три часа. Запасы продуктивной влаги отслеживались по фазам развития культуры всходы - кущение - колошение - восковая спелость в метровом слое почвы послойно через каждые 10 см. Для оценки запасов продуктивной влаги в почве использовался термостатно-весовой метод. Для определения содержания нитратного азота отбирали почвенные образцы в метровом слое через каждые 10 см по тем же фазам развития яровой пшеницы. Нитратный азот в образцах определялся ионно-селективным методом. Учет урожайности осуществлялся методом парцелл в 15-кратной повторности на плакоре и 40-кратной в микрозападине. Качество зерна определялось по содержанию клейковины в зерне методом отмывания клейковины из теста. Для оценки степени засоренности использовался количественный метод - подсчетом сорняков на учетных площадках, которые выделялись с помощью рамок размером 50x50 см (0,25 м2) в 3~-кратной повторности. Статистическая обработка результатов опыта проведена с использованием программного пакета Snedecor v5. Для морфометрической характеристики структуры почвенного покрова использовался статистико-картометрический метод. Площадное изображение структуры почвенного покрова осуществлялось путем создания карты структур почвенного покрова по методике, предложенной Н.П.Сорокиной [1989]. Инструментарий электронного картографирования -графический пакет Mapinfo Professional.

В работе использованы: топографическая карта землепользования ОПХ «Элитное» Новосибирского района М 1:5000, материалы почвенного обследования ОПХ «Элитное» М 1:25000 (Запсибгипрозем, 1984 г.), данные Гидрометеорологической службы по ст. Огурцово.

3. Агроэкологическая характеристика компонентов изучаемого агроландшафта

3.1. Метеорологические условия в период проведения исследования

Исследуемая нами территория относится к центрально-лесостепному Приобскому агроландшафтному району, характеризующемуся годовой суммой осадков около 400 мм и суммой температур (>10°С) 1750°С [Адаптивно-ландшафтные..., 2002]. Однако в засушливом 2012 году этот показатель составил 2099°С. Продолжительность периода с температурами выше 10°С за годы исследований составляет в среднем 122 дня. Результаты анализа данных по температуре воздуха и осадкам позволили выделить умеренно увлажненные (2005, 2006, 2007, 2009) годы, когда сумма осадков за вегетационный период превышает 200 мм, умеренно дефицитные (2008, 2010, 2011) с суммой осадков выше 130 мм и остро дефицитный год (2012) с суммой осадков 108 мм за вегетационный период.

3.2. Рельеф

Характерной особенностью плакорных ландшафтов лесостепи является микрозападинный тип расчленения на фоне общей равнинности мезорельефа. При детальном рассмотрении микрорельефа Новосибирского Приобья выделяются блюдцеобразные и ложбинообразные микрозападины, которые картографически отражаются только при крупномасштабной съемке (рис.2).

Рис. 2. Фрагмент топографической карты (М 1:5000) территории ОПХ «Элитное» Новосибирского района Новосибирской области (центральная часть Новосибирского Приобья) с изолиниями рельефа

Эта особенность строения поверхности определяет крайнее разнообразие почвенного покрова центральной лесостепной зоны по степени гидроморфизма, по микроклиматическим условиям. Картографическое исследование территории ОПХ «Элитное» Новосибирского района Новосибирской области на площади 503 га показало, что на долю микрозападин здесь приходится 7% или 35,6 га общей площади. Из них 6,8 га занято колками с древесно-кустарниковой растительностью. Площадь западин варьирует от 0,01 до 1,54 га, их глубина - от 0,3-0,5 м до 2-3 м. По размерам и срокам наступления физической спелости почв нами была осуществлена группировка микрозападин: мелкие (площадь менее 0,2 га), средние (0,2-0,5 га) и крупные (более 0,5 га).

В пределах ключевого участка на основе ландшафтного анализа были выделены следующие элементы мезо- и микрорельефа: повышенная равнина (плакор) с абсолютными высотами 149 -151 м над уровнем моря, слабым наклоном поверхности (0,3°) на восток, блюдцеобразные и ложбинообразные микрозападины, мезосклон южной экспозиции сложной формы - в верхней части он прямой в профиле, угол наклона 1,5°; средняя часть характеризуется перегибом выпуклой формы с углом наклона 6°; нижняя часть склона, переходящая в подножие, вогнутая в профиле, имеет угол наклона 2,15°. Абсолютная высота у подножия склона 134,1 м над уровнем моря. В плане склон в целом имеет собирающую форму.

3.3. Свойства почв ключевого участка и структура почвенного покрова

Почвенный покров ключевого участка представлен тремя почвенными комбинациями: пятнистостью чернозема выщелоченного и темно-серых лесных почв с долей участия до 10%, комплексом чернозема выщелоченного и темно-серых лесных поверхностно-глееватых почв с долей участия до 20%, сложным сочетанием-вариацией чернозема выщелоченного с черноземами выщелочен-

ШШШ - Чв-ЛЗ (до 10%) - пятнистость чернозема выщелоченного и темно-серых лесных почв до 10%, I вид агроландшафта - плакорные земли;

}-:===: - ЧвЛЗпг(20%) - комплекс чернозема выщелоченного и темно-серых лесных поверхностно-глееватых почв с долей участия до 20%, II вид агроландшафта - плакорные микрозападинные земли;

- Чв+ Чвэ1+ Чвэ2+ Чв-Чв" - сложное >•.) сочетание-вариация чернозема выщелоченного с черноземами выщелоченными смы-то-намытыми, III вид агроландшафта — эрозионные земли.

Рис. 3. Почвенный покров и границы типов агроландшафтов

По гранулометрическому составу почвы относятся к средне- и легкосуглинистым, заметно преобладание фракции крупной пыли по всему профилю. На плакоре в горизонтах Ап и А] чернозема выщелоченного содержится физической глины 32-34%, в эродированных вариантах чернозема выщелоченного - 24-29%, в темно-серых лесных поверхностно-глееватых почвах - 38-39%.

Содержание гумуса в почве на территории ключевого участка варьирует в диапазоне 3,8-6,6%, емкость катионного обмена (по сумме поглощенных ка-

ными смыто-намытыми (рис. 3).

тионов) - 21-22 мг.-эквЛОО г почвы, рН водный - от 6,0 в темно-серых поверх-ностно-глееватых до 6,5 в черноземах выщелоченных. Несмотря на некоторые различия в свойствах чернозема выщелоченного и темно-серой лесной поверх-ностно-глееватой почвы, значения показателей физико-химических свойств находятся в оптимальном диапазоне агроэкологических условий для развития зерновых культур [Капустянчик, 20126].

Однако эти почвы существенно различаются по плотности: в черноземах выщелоченных объемная масса почвы изменяется от 1,05 г/см3 в пахотном слое до 1,25 г/см3 в подпахотном и во втором полуметре почвенного профиля, в темно-серых лесных поверхностно-глееватых - от 1,14 г/см3 в Ап до 1,39 г/см3 в слое 30-40 см. В микрозападинах это обусловливает застойный режим увлажнения в период снеготаяния и задержку начала весенних полевых работ. Наибольшей однородностью характеризуется почвенный покров в центральной (плакорной) части изучаемого объекта (табл. 1).

Таблица 1. Морфометрическая характеристика почвенных комбинаций объекта исследования__

Наименование ПК Площадь ПК, га п* Я ср, га КС КК КН

Пятнистость Чв-ЛЗ (до 10%) 48,30 9 5,37 0,23 0,16 0,04

Комплекс ЧвЛЗ^гО0/») 21,59 13 1,66 0,95 2,02 1,92

Сложное сочетание-вариация Чв+ Чв3'+ Чв*2+ Чв-Чв* 66,76 12 5,56 0,33 4,40 1,46

* п - число ЭПА в почвенной комбинации, 5ср - средняя площадь ЭПА, КС — коэффициент сложности, КК - коэффициент контрастности, КН - коэффициент неоднородности.

По шкале контрастности почв в почвенных комбинациях, основанной на различиях генетических свойств почв и их агрономическом значении [Добро-творская, 2009], комплекс ЧвЛЗпг(20%) относится к малоконтрастным почвам, а сложное сочетание-вариация Чв+ Чвэ1+ Чвэ2+ Чв-Чвк - к среднеконтрастным с соответствующими различиями в агротехнике возделывания сельскохозяйственных культур. Наибольшей однородностью характеризуется почвенный покров в центральной (плакорной) части изучаемого объекта.

3.4. Общая оценка микроклиматических условий почв

3.4.1 Температурный режим

В период проведения посевных работ существуют значительные различия в температуре на поверхности почвы, на глубине 5 см и ниже по всем элементам рельефа (рис. 4).

Максимальное варьирование в прогреве поверхности почвы отмечалось в конце весны - начале лета, когда приход солнечной радиации особенно велик, а поверхность почвы еще не защищена растительным покровом. В это время наименьшие значения дневной температуры на поверхности почвы +26...+27° наблюдались на участках северной и центральной части плакора и в микрозападине, а наиболее прогретой оказывалась средняя крутая и нижняя выполо-

женная часть южного склона, где температура достигала +39°...+40° [Добро-творская, Южаков, Капустянчик и др., 2007; Капустянчик, 20106].

Планер (н.п.З) 2005-2009 гг. Микротападшго (н.п.2) 2005-2009 гг. Южный склон (н.п.5) 2005-2009 гт.

0 25

(С

I20

1 15

--кущсшіс-ко лошение

- — колошение-восковая спелость

■.....посевы-всходы -всходы-кущение

Рис. 4. Распределение тепла на поверхности и в почве до глубины 20 см в течение вегетационного периода.

В целом данные по температуре за вегетационный период позволяют разделить исследуемую территорию на три группы участков с различным температурным режимом (табл. 2). Первая группа - плакор с наиболее стабильным температурным режимом в течение вегетационного периода (н.п.1, 3, 4), вторая - микрозападины на плакоре (н.п.2): по суммарному набору тепла они существенно отстают от окружающих массивов, в весеннее время в них долго сохраняются пониженные температуры. Третья - склон южной экспозиции с повышенной контрастностью температурного режима во времени (н.п. 5, 6).

Таблица 2. Средние за вегетационный период значения дневной температуры

Номер наблюдательной площадки (н.п.) Элементы рельефа на катене Температура почвы, °С

н.п.1 Северная часть плакора 19,20

н.п.2 Микрозападина 18,19*

н.п.З Центральная часть плакора (контроль) 19,19

н.п.4 Верхняя пологая часть мезосклона 19,36

н.п.5 Средняя крутая часть мезосклона 19,79*

н.п.6 Нижняя выположенная часть мезосклона 19,75*

НСР05 0,2

*- различия по сравнению с контролем статистически доказаны

3.4.2 Продуктивная влага

Динамика запасов продуктивной влаги в течение вегетационного периода по всем элементам рельефа характеризуется резким снижением в фазе колошения яровой пшеницы. В целом за вегетационный период запасы продуктивной влаги в слое 0-100 см на плакоре от 130 мм весной снижаются до 40 мм к фазе восковой спелости, в почвах подножия южного склона - от 90 мм до 30 мм, что свидетельствует о засушливости почвенных условий. Лишь в микрозападине от 224 мм в весенний период они уменьшаются до 96 мм к фазе восковой спелости, что свидетельствует о благоприятном водном режиме на протяжении всего периода вегетации.

Усредненные за годы исследований данные по запасам продуктивной влаги (табл. 3) показали, что плакорный участок, а также соседствующие с ним пологие верхние части северного и южного склонов характеризуются оптимальным режимом увлажнения, микрозападина — периодически избыточным, нижняя часть мезосклона — засушливым.

Таблица 3. Запасы продуктивной влаги в слое почвы 0-100 см, усредненные за вегетацию, мм._

Номер н.п. Элемент рельефа Продуктивная влага, мм

Н.П.1 Северная часть плакора 80,0

н.п.2 Микрозападина 165,0*

н.п.З Плакор (контроль) 71,7

н.п.4 Верхняя пологая часть склона 71,1

н.п.5 Средняя крутая часть склона 64,4

н.п.6 Нижняя выположенная часть склона 45,0*

НСРм 15,1

* - различия по сравнению с контролем статистически доказаны.

Таким образом, данные по гидротермическим условиям показывают, что плакорный участок характеризуется оптимальным режимом увлажнения и теп-лообеспеченности, микрозападина — периодически избыточным увлажнением, нижняя часть мезосклона - засушливыми условиями.

3.5. Группировка агроландшафтов, особенности использования в земледелии

Полученные нами результаты по тепловому и водному режимам почв различных элементов рельефа, а также особенности структуры почвенного покрова позволяют выделить три агроэкологических вида агроландшафтов: плакорный, плакорный микрозападинный, эрозионный (табл. 4). В соответствии с ландшафтно-экологической классификацией земель [Агроэкологическая оценка..., 2005] первые два вида относятся к агроэкологической группе земель пла-корные, третий — к группе эрозионных. Границы видов земель идентифицируются по границам структуры почвенного покрова (см. рис. 3).

Почвы плакорного агроландшафта характеризуются высоким почвенным плодородием. Участок пригоден для возделывания любых сельскохозяйственных культур. Однородность почвенных условий на этой территории является обоснованием для размещения здесь опытного участка.

Почвенный покров плакорного микрозападинного агроландшафта пестрый, на фоне черноземов выщелоченных пятна темно-серых лесных и темно-серых лесных поверхностно-глееватых почв, приуроченных к западинам. Неоднородность микроклиматических условий обусловливает разновременность прохождения фенологических фаз и пестроту в урожайности сельскохозяйственных культур. Конфигурация этого участка осложнена наличием внутри его лесных колков, что приводит к увеличению технологических затрат, связанных с траекторией движения сельскохозяйственной техники.

Таблица 4. Группировка агроландшафтов и их классификационная принадлежность

Группа земель по главному лимитирующему фактору

Подгруппа по степени проявления лимитирующего фактора

Разряд

по мор-

фогене-

тическим

типам

рельефа

Класс по поч-вообра-зую-щим породам

Род

по мезо-формам рельефа и их элементам

Подрод по крутизне склонов

Вид поЭПС

Плакорные земли

Плакорные

Полого-волнистая равнина

Плакорные микрозапа-динные

Лессовидные карбонатные суглинки

Плоское положение на гриве

ДоГ

Плоское положение на гриве с микрозападинами

Эрозионные земли

Среднеэроди-рованные

Склон южной экспозиции^

3-6°

Чв-ЛЗ (10%)

ЧвЛЗпг (20%)

Чв+ Чв"+ Чв'2+ Чв-Чв"

Почвы эрозионного агроландшафта характеризуются интенсивными эрозионными процессами и пригодны для полевых севооборотов лишь с применением почвозашитной обработки почв.

4. Неоднородность агроэкологических условий плакорного микрозападинного агроландшафта

4.1. Неоднородность гидротермических параметров почв

В наших исследованиях показано, что контрастность температурных условий в слое почвы 0-20 см в микрозападине в критический период посев-всходы значительно меньше, чем на плакоре (табл.5). Особенно ярко эта закономерность проявилась в засушливый 2012 год.

Таблица 5. Суточная амплитуда колебаний температуры почвы в слое 0-5 см, °С

В умеренно дефицитные годы В остро дефицитные годы

Элемент 1 .оо рельефа I часа В 15— часов амплитуда колебаний температуры, "С в 3— часа В1522 часов амплитуда колебаний температуры, °С

Плакор | 12,1 ! 18,7 6,6 12,3 25,1 12,8

! Микрозападина | 11,9 | 17,2 5,3 11,9 21,3 9,4

Динамика среднесуточной температуры почвы в слое 0-20 см в типичные по гидротермическим условиям годы характеризуется повышением к фазе ку-шения до 20,8°С на плакоре и до 20,5°С в микрозападине, затем снижением к фазе восковой спелости до 17,7°С на плакоре и до 15,9°С в микрозападине.

В засушливый 2012 год нарастание среднесуточных температур почвы продолжалось да конца вегетационного периода, и на плакоре значения этого признака достигают 25,4°С, в микрозападине 20-22°С [Капустянчик, 2012 а].

Установлено, что запасы продуктивной влаги в почве не зависят от экспозиции бортов микрозападины, но существенно различаются в зависимости от высотного градиента: весенние запасы в слое почвы 0-100 см в верхней позиции борта составили 226 мм, в нижней - 250 мм при НСР05 = 20 мм. С увеличением уровня удобренности агроценоза запасы почвенной влаги к концу вегетационного периода, уменьшались (табл. 6) [Капустянчик, Добротворская, 2012 б).

Таблица 6. Динамика запасов продуктивной влаги в слое почвы 0-100 см при различных уровнях удобренности агроценоза

Варианты опыта

кущение

Плакор

колошение

восковая спелость

Нижняя часть микрозападины

кущение колошение

восковая спелость

Без удобрений

115

233

196

ад>3о

112

228

187

1^12оРбО

131

207

185

Таким образом, микрозападины характеризуются более умеренным температурным режимом и высокие запасы влаги в почве влияют на фитосанитар-ное состояние агроценоза, урожайность и качество зерна яровой пшеницы, о чем представлены данные в разделах 4.3. и 5.3.

4.2. Миграция азота минеральных удобрений в почвах плакорного

микрозападинного агроландшафта

Задачей опыта стояло выявить наличие миграции внесенных удобрений с потоками влаги в условиях микрозападинного рельефа и предполагаемую пестроту в обеспеченности растений нитратным азотом в течение вегетационного периода. Полученные нами данные свидетельствуют о том, что при внесении удобрений часть нитратного азота удобрений в течение вегетационного периода подвергается миграции с поверхностным стоком к центру микрозападины. Это обеспечивает повышенное по сравнению с плакором содержание питательного элемента в поверхностном слое почвы 0-10 см к концу вегетационного периода (рис. 5) [Капустянчик, Добротворская, 20126].

4.3. Фитосанитарное состояние агрофитоценоза

Полученные нами данные по содержанию семян сорных растений в пахотном слое почвы свидетельствуют об их высоком потенциальном запасе в нижней позиции микрозападины: 11500 шт/м* в слое почвы 0-10 см на плакоре и 30500 шт/м2 в нижней части микрозападины [Капустянчик, 2013].

За годы исследований наблюдалось отчетливое влияние рельфа агроландшафта на численность и массу сорняков. Значительный рост сорной растительности наблюдался в нижней позиции исследуемой микрозападины, в радиусе около 15 м от ее центра (табл. 7).

40 80 120

Плакор

0 40 80 120 0

1 — ; 1

3 Ч-

5 £ 5> і

? Ъ . 1

• С

9 > а 9 )

40 50 120

)

Верхняя позиция микрозападины

3 >-

:г

Нижняя позиция микрозападины

40 80 120

а . »

» >

;Г

.г

-і

Всходы

Кущение

Колошение

Восковая спелость

Рис. 5. Динамика запасов нитратного азота в слое почвы 0-100 см в течение вегетационного периода при внесении удобрений Т^аРю в типичный по увлажнению год: по оси абсцисс - кг/га, по оси ординат - глубина отбора образцов хЮ см.

Таблица 7. Распределение массы и численности сорной растительности по

Варианты опыта Элементы рельефа

Плакор Микрозападина, верхняя позиция Микрозападина, нижняя позиция

среднее за 2010-2011 2012 среднее за 2010-2011 2012 среднее за 2010-2011 2012

г/м2 шт/м2 г/м2 г/м2 шт/м2 г/м2 г/м2 шт/м г/м2

Без удобрений 3,4 98 8,8 16,1 133 13,2 21,9 222 12,9

^оРзо 6,5 144 8,5 20,2 158 14,0 38,6 337 14,9

К120Рбо 7,0 172 11,9 27,4 216 13,8 32,7 232 17,2

В засушливом 2012 году засоренность посевов на плакоре была гораздо выше, чем в типичные по увлажнению годы, а в микрозападине, напротив, ни-

же. Это объясняется тем, что в микрозападине преобладают виды сорных растений, приспособленные к переувлажненным условиям, в частности пикульник двунадрезный, и в сухой год они не смогли проявиться в полной мере.

Таким образом, западинный микрорельеф плакорных земель обусловливает неоднородность степени засоренности и видового состава сорных растений, очаговый характер распространения сорной растительности в агроценозе зерновых культур.

5. Влияние неоднородности агроэкологических условий плакорного микрозападинного агроландшафта на фенологическое развитие яровой пшеницы, урожайность и качество зерна

Исследования показали, что в типичный по увлажнению год развитие растений в микрозападине проходит медленнее, чем на плакоре, и в конечном итоге длительность вегетации увеличивается на 7 дней. Кустистость растений пшеницы яровой в увлажненные годы на естественном фоне (без удобрений) в микрозападине выше, чем на плакоре. При внесении удобрений этот показатель выравнивается по элементам рельефа. В засушливый год кустистость в нижней части микрозападины ниже, чем на плакоре, что объясняется мощным развитием сорной растительности, более конкурентоспособной в неблагоприятных условиях увлажнения.

Наблюдается тренд повышения озерненнности колоса в микрозападине по сравнению с плакором, статистически доказанный в засушливом году, а влияние удобрений лучше проявляется в достаточно увлажненном 2010 год» . Показатель массы 1000 зерен свидетельствует об условиях увлажнения и минерального питания в фазу налива зерна. Фактор дополнительного увлажнения в микрозападине оказал существенное влияние на налив зерна как на естественном фоне, так и на фоне удобрений. Урожайность яровой пшеницы в засушливые годы в микрозападине существенно выше, чем на плакоре (табл.8). В увлажненном 2010 году различия в урожайности по элементам рельефа несущественны [Капустянчик, Добротворская, 2012 а].

Таблица 8. Урожайность и качество зерна яровой пшеницы в зависимости от местоположения и уровня удобренности, т/га_

Элемент рельефа

Вариант удобренности Плакор Микрозападина

2010 г. 2011 г. 2012 г. Класс зерна 2010 г. 2011 г. 2012 г. ! Класс | зерна

Без удобрений 2,6 1,7 0,9 2 2,6 1,9 1,3 3

ИбоРзо 3,0 2,3 0,9 1 2,7 2,9 1,4 3

М,20Р60 3,6 2,7 1,2 1 3,7 3,4 1,5 і 2

По содержанию клейковины на плакоре зерно при дозах удобрений ЫбоРзо и МшРбо относится к первому классу, на контроле - ко второму классу. В микрозападине только на участках с дозой удобрений ЫпоРбо зерно относится ко второму классу, на остальных уровнях удобренности - к третьему классу.

Таким образом, неоднородность агроэкологических условий плакорного микрозападинного агроландшафта обусловливает неоднородность агроценоза яровой пшеницы по комплексу признаков (рис.6).

Рис. 6. Связь между агроэкологическими условиями агроландшафта и агрономическими показателями агроценоза яровой пшеницы

6. Использование ГИС-технологий в агроэколгической опенке земель

Полученный в процессе исследований объем разноплановых данных структурирован в виде электронных карт-слоев на основе использования ГИС-технологий. Разработана структура картографической информации на базе использования программного пакета Mapinfo Professional. Перечень те матических слоев электронной карты местности включает в себя слои «Рель еф», «Почвы», «Структура почвенного покрова», «Распределение продуктов ной влаги в почве», «Распределение урожайности яровой пшеницы» [Капуе тянчик, 2012 в]. Представлена структура таблиц атрибутивной базы данных тематических карт (табл. 9). Все электронные слои карты имеют единую сис тему координат, привязанную к отсканированной топографической основе.

№ Структура таблицы I Значение

Наименование поля Тип поля (количество) !

1 ID целое | 1,2,3,4...

2 индекс символьное (15) |

3 наименование символьное (100)

4 объемная масса символьное (10) |

5 РН символьное (10) ;

Путем наложения тематических электронных карт-слоев формируется комплексная карта «Агроэкологических видов земель» с банком данных по агроэкологической оценке. Данная карта с базой данных и пояснительной запиской является основным заключительным документом агроэкологической оценки. В ней содержится вся необходимая информация для принятия проектных решений по размещению сельскохозяйственных культур, дифференциации технологий их возделывания при различных уровнях интенсификации производства, организации территории с учетом ландшафтных связей, то есть формирования систем земледелия.

Таким образом, применение ГИС-технологий в адаптивно-ландшафтных системах земледелия облегчает проведение анализа полученной информации по исследуемой территории. Составленные электронные карты дают возможность корректировать технологические процессы, мероприятия по внесению удобрений, применению средств защиты растений, операции по уборке урожая.

Выводы

1. На сельскохозяйственных землях Новосибирского Приобья выделены основные элементы мезо- и микрорельефа: повышенные равнины (плако-ры), склоны, микрозападины.

2. Дана группировка микрозападин по площади: до 0,2 га - мелкие, 0,20,5 га - средние, более 0,5 га - крупные. Наступление физической спелости

почвы в средних микрозападинах происходит на 10-12 дней позже, чем на плакоре и в мелких западинах, в крупных — на 20 дней позже.

3. В почвенном покрове исследуемой территории выделены почвенные комбинации: комплекс ЧвЛЗпг(20%), пятнистость Чв-ЛЗ (до 10%), сложное сочетание-вариация Чв+ Чвэ1+ Чвэ2+ Чв-Чв", характеризующиеся коэффициентами контрастности 2,02, 0,16 и 4,40 соответственно. Коэффициенты неоднородности равны 1,92,0,04 и 1,46 соответственно.

4. Параметры физико-химических свойств почв плакорного микрозапа-динного агроландшафта - черноземов выщелоченных и темно-серых лесных поверхностно-глееватых - находятся в оптимальном диапазоне для агроцено-за яровых зерновых культур. Объемная масса существенно различается: 1,051,25 г/см3 в черноземе выщелоченном и 1,14-1,39 г/см3 в темно-серых лесных поверхностно-глееватых, что обусловливает застойный режим их увлажнения в период снеготаяния и задержку начала весенних полевых работ.

5. Гидротермический режим почв элементов рельефа характеризуется неоднородностью: на плакоре наиболее оптимальный температурный и влажностный режим почв для зерновых культур в течение вегетационного периода; микрозападины существенно отстают в прогреве почвы от окружающих массивов и имеют высокий запас влаги на протяжении всего вегетационного периода; склон южной экспозиции характеризуется повышенной контрастностью температурного режима весной и неблагоприятным для растений режимом увлажнения.

6. По комплексу свойств почвенного покрова и микроклимата почв дана агроэкологическая группировка агроландшафтов (земель): плакорные, плакорные микрозападинные, эрозионные.

7. Неоднородность агроэкологических условий плакорного микрозапа-динного агроландшафта обусловливает неоднородность агроценоза яровой пшеницы по комплексу агрономически важных признаков: различие сроков прохождения растениями фенологических фаз; пространственную неоднородность распределения азота удобрений; различие степени засоренности посевов, очаговый характер распространения сорной растительности, приуроченной к микрозападинам; пространственную пестроту урожайности яровой пшеницы; снижение качества зерна в микрозападинах по содержанию клейковины на 1-2 класса.

8. Разработана структура картографической информации на базе ГИС-технологий для целей агроэкологической оценки земель и группировки агроландшафтов в центрально-лесостепной зоне Новосибирского Приобья.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации

1. Власенко А.Н., Добротворская Н.И., Южаков А.И., Каличкин В.К., Понько В.А., Усолкин В.Т., Кожевников А.И., Павлова А.И., Иванова М.И., Капустянчик С.Ю. Особенности информационного обеспечения агроэкологической оценки земель для проектирования адаптивно-ландшафтных систем

земледелия с использованием ГИС-технологий / Россельхозакадемия. ГШ' СибНИИЗХиМ. - Новосибирск. - 2007. - 40 с.

2. Капустянчик С.Ю. Зависимость влагообеспеченности почв от элементов рельефа в агроландшафтах лесостепи Приобского плато // Новейшие •направления развития аграрной науки в работах молодых ученых: Тр. IV Междунар. науч. конф. - Новосибирск, 2010. -Ч. 1..-С. 79-81.

3. Капустянчик С.Ю., Добротворская Н.И. Микроклимат почв и урожайность яровой пшеницы в плакорном микрозападинном агроландшафте /' Вестник АГАУ. - 2012а. - № 2 (88). - С. 32-35.

4. Капустянчик С.Ю., Добротворская Н.И. Влияние микрорельефа на распределение нитратного азота удобрений и продуктивность яровой пшеницы в лесостепи Приобья // Вестник НГАУ. - 20126. - Т.2. - №23. - С. 12-16.

5. Капустянчик С.Ю. Физические условия развития яровой пшеницы в плакорном микрозападинном агроландшафте // Тенденции развития агрофизики в условиях изменяющегося климата: Мат-лы Междунар. конф. — С. Петербург, 2012. - С. 85-89.

Подписано в печать 06.09.2013 г. Формат 60x84 '/ы. Объем 1 п. л. Заказ № 62. Тираж 100 экз.

Отпечатано в ГНУ СибНСХБ Россельхозакадемии 630501, Новосибирская обл., пос. Краснообск

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Капустянчик, Светлана Юрьевна, Новосибирск

Российская академия сельскохозяйственных наук Сибирское отделение

СИБИРСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

ЗЕМЛЕДЕЛИЯ И ХИМИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

(ГНУ СибНИИЗиХ)

(на правах рукописи)

04201363100

Капустянчик Светлана Юрьевна

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ ЛЕСОСТЕПИ НОВОСИБИРСКОГО ПРИОБЬЯ

03.02.13 - почвоведение

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор с.-х. наук

Добротворская Надежда Ивановна

Новосибирск - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ..................................................................5

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ............................................................6

ВВЕДЕНИЕ.....................................................................................8

ГЛАВА 1. Современное состояние проблемы..........................................13

1.1 Основные этапы экологизации использования земель

в сельскохозяйственном производстве.....................................13

1.2 Применение принципов ландшафтоведения в современном землепользовании и земледелии..............................................14

1.3 Сущность и комплекс показателей агроэкологической

оценки земель....................................................................20

1.3.1 Геоморфологические условия Новосибирского Приобья.........22

1.3.2 Литологические условия.................................................23

1.3.3 Гидрологические условия..............................................24

1.3.4 Агроклиматические условия..........................................24

1.3.5 Почвенный покров и свойства почв.................................30

1.3.6 Неоднородность почвенного покрова.................................32

1.4 Современные методы оценки агроэкологических условий..............35

ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования...........................................38

ГЛАВА 3. Агроэкологическая характеристика компонентов изучаемого

агроландшафта......................................................................44

3.1. Метеорологические условия в период проведения

исследования.......................................................................44

3.2. Рельеф..............................................................................46

3.3. Свойства почв ключевого участка и структура почвенного

покрова..............................................................................49

3.3.1 Свойства почв ключевого участка.....................................49

3.3.2 Морфометрическая характеристика структуры почвенного

покрова ключевого участка.....................................................61

3.4. Общая оценка микроклиматических условий почв.......................65

3.4.1 Температурный режим....................................................65

3.4.2 Продуктивная влага........................................................71

3.5 Группировка агроландшафтов, особенности

использования в земледелии...................................................74

ГЛАВА 4. Неоднородность агроэкологических условий

плакорного микрозападинного агроландшафта.............................79

4.1. Неоднородность гидротермических параметров почв...................79

4.1.1 Сравнительная характеристика температурного режима

почв в плакорном микрозападинном агроландшафте.....................79

4.1.2. Оценка запасов продуктивной влаги в почвах плакорного

микрозападинного агроландшафта и влияние удобрений

на них.................................................................................81

4.2. Миграция азота минеральных удобрений в почвах

плакорного микрозападинного агроландшафта............................84

4.3. Фитосанитарное состояние агрофитоценоза...............................88

4.3.1 Засоренность почв семенами сорной растительности..............89

4.3.2. Засоренность посевов.....................................................91

ГЛАВА 5. Влияние неоднородности агроэкологических условий

плакорного микрозападинного агроландшафта на фенологическое развитие яровой пшеницы, урожайность и качество зерна...............94

5.1. Фенологическое развитие агроценоза яровой пшеницы..................94

5.2. Элементы структуры урожая яровой пшеницы........... ..................97

5.3 Влияние микрорельефа на урожайность яровой пшеницы

и качество зерна..................................................................100

5.3.1. Оценка урожайности яровой пшеницы............ ..................100

5.3.2. Технологические показатели качества зерна......... ..............100

ГЛАВА 6 Использование ГИС-технологий в агроэкологической оценке

земель..............................................................................105

ВЫВОДЫ.....................................................................................110

ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ, РЕКОМЕНДАЦИИ...........................112

Библиографический список..............................................................113

Приложение.................................................................................133

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ПТК - природно-территориальный комплекс;

ЭАА - элементарный ареал агроландшафта;

СПП - структура почвенного покрова;

ПК - почвенная комбинация;

ЦМР - цифровая модель рельефа;

ТЗ - точное земледелие;

ЭПА - элементарный почвенный ареал;

КР - коэффициент расчленения почвенных контуров;

КС - коэффициент сложности почвенного покрова;

КК - коэффициент контрастности почвенного покрова;

КН - коэффициент неоднородности почвенного покрова;

Ку - коэффициент увлажнения территории;

ГТК - гидротермический коэффициент;

н.п. - наблюдательная площадка.

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Агроландшафт - геосистема, выделяемая по совокупности ведущих аг-роэкологических факторов, функционирование которой происходит в пределах единой цепи миграции вещества и энергии. Применительно к земледелию агроландшафт соответствует агроэкологической группе земель.

Агроэкологическая оценка - совокупность данных о компонентах агро-ландшафта: микроклимате, литологии, гидрологии, почвенном покрове, растительности, а также о способах и последствиях антропогенного воздействия.

Агроэкологическая типизация земель - группировка (объединение на местности) элементарных ареалов агроландшафта с однородными условиями возделывания близких по экологическим требованиям культур.

Адаптивно-ландшафтная система земледелия - это система использования земли определенной агроэкологической группы, ориентированная на производство продукции экономически и экологически обусловленного количества и качества в соответствии с общественными (рыночными) потребностями, природными и производственными ресурсами, обеспечивающая устойчивость агроландшафта и воспроизводство почвенного плодородия.

Катена - среднее звено структуры ландшафта, промежуточное между элементарной ячейкой биосферы - биогеоценозом - и таким крупным выделом, как ландшафт. Система (цепь) геохимически сопряженных элементарных ландшафтов, имеющая началом элювиальный элементарный ландшафт, характеризующийся зональной автоморфной почвой, и заканчивающаяся аккумулятивным. Элементарная структурная единица ландшафта. Природная модель ландшафта.

Точное земледелие (прецизионное от слова ргез1гюп - огород, ограда) -научная концепция, в основе которой лежат представления о существовании неоднородностей в пределах одного поля: локальные особенности почвы и

климатических условий. Показатели-константы, главным образом, относящиеся к характеристикам почвы, дают информацию о базовых экологических постоянных. Используя карты агрофизико-химических показателей почвы, полученные с использованием географических информационных систем (ГИС), можно реализовать стратегию управления развитием культур на уровне поля и оптимизации затрат. Для внедрения точного земледелия необходимо следующее оборудование, установленное на тракторах, опрыскивателях, комбайнах и т.п.: система позиционирования (например, на основе двухсистемных навигационных спутниковых приемников СР8Л31Х)ЫА88), географическая информационная система (ГИС), т.е. программное обеспечение, и оборудование для переменного дозирования (интегрированное в сеялку, разбрасыватель, опрыскиватель).

Экологизация земледелия - приведение земледелия в соответствие с экологическими законами и правилами: биоразнообразия, единства организма и среды и т.д.

Элементарный ареал агроландшафта - участок на элементе мезорельефа, ограниченный элементарной почвенной структурой (реже - элементарным почвенным ареалом) при одинаковых геологических, литологических и микроклиматических условиях.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследований. Востребованность исследований почвенного покрова, интегрированных с исследованиями других компонентов ландшафта, значительно возросла в связи с нарастанием почвенно-экологических проблем сельскохозяйственных земель. Необходимость интеграции исследований почвенного покрова и вмещающей геосистемы подчеркивал Ф.И. Козловский [2003]. Принципы экологизации сформулированы в концепции адаптивно-ландшафтного земледелия и растениеводства [Жученко, 1990; Каштанов, 1992; Кирюшин, 1993; Лопырев, 2001].

Важнейшей частью адаптации систем земледелия к ландшафтным условиям местности является предварительная агроэкологическая оценка и группировка земель, методология которой разработана и обобщена в методическом руководстве «Агроэкологическая оценка земель, проектирование адаптивно-ландшафтных систем земледелия и агротехнологий» [2005]. В настоящее время осуществляется развитие региональных аспектов системы агроэкологической оценки и группировки земель. В Предуралье такие работы проводятся в Пермской ГСХА и НИИ сельского хозяйства [Каменских Н.Ю., Самофалова И.А., 2012; Косолапова А.И., Попова С.И., 2012], в Западной Сибири в СибНИИЗиХ [Адаптивно-ландшафтные системы земледелия..., 2002; Добротворская Н.И., 2009].

| «

культур, снижение качества зерновой продукции, а также сложность в проведении агроприемов. Поэтому необходима взаимная увязка компонентов в системе рельеф - почвы - микроклимат - агроценоз. Взаимосвязь полученных параметров в данной системе обеспечивается привязкой к координатам конкретного рабочего участка. Для этого широко используются пространственные и тематические информационные базы, которые создаются на основе ГИС-технологий. Логическим результатом такого исследования является агроэкологическая группировка земель.

Поэтому проведение агроэкологической оценки сельскохозяйственных земель и дифференциация агроландшафтов с использованием ГИС-технологий является актуальной задачей для использования в последующем проектировании адаптивно-ландшафтных систем земледелия.

Предметом исследований является комплекс показателей агроэкологической оценки агроландшафтов: неоднородность почвенного покрова, генетические свойства почв, микроклимат почв, условия миграции элементов минерального питания сельскохозяйственных культур, фитосанитарное состояние посевов, данные об урожайности яровой пшеницы и качестве зерна.

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

3. Дать комплексную оценку агроэкологических особенностей плакорно-го микрозападинного агроландшафта в системе рельеф - почвы - микроклимат - агроценоз.

Методологической и теоретической основой исследований являются учение о ландшафтах, учение о почвообразовании, концепция адаптивно-ландшафтного земледелия, общенаучные методы - описательный, сравнительно-географический, статистический, картографический. Методология исследования базируется на общенаучных принципах комплексного, системного, экологического, ландшафтного анализа.

Научная новизна работы. Применительно к условиям лесостепи Новосибирского Приобья проведены комплексные исследования и получены новые данные в системе рельеф - почвы - микроклимат - агроценоз, проведена группировка земель и выделен новый вид агроландшафта, дана группировка микрозападин по комплексу агроэкологических признаков, выявлены закономерности распределения агроэкологических факторов - влаги, нитратного азота и степени засоренности агроценоза - по элементам микрорельефа.

Практическая значимость исследований. Полученные материалы и рекомендации могут быть использованы при землеустройстве территории для корректировки границ рабочих участков, при проектировании систем адаптивно-ландшафтного земледелия в конкретных хозяйствах на территории Новосибирского Приобья, для разработки мероприятий по рациональному использованию земельных угодий, а также для совершенствования методики кадастровой оценки земель.

На защиту выносятся следующие положения:

2. Агроландшафты Новосибирского Приобья по комплексу признаков -рельефа, почвенного покрова и микроклиматических условий - делятся на три группы: плакорный, плакорный микрозападинный, эрозионный.

Апробация результатов исследований. Результаты исследований представлены и доложены на Международных и Всероссийских научно-практических конференциях: "Новейшие направления развития аграрной науки в работах молодых ученых" (Краснообск, 2010, 2012); "Ковалевские молодежные чтения: Почвы Сибири - прошлое, настоящее, будущее" (Новосибирск, 2010); "Инновационное развитие агропромышленного комплекса Сибири на основе современных достижений науки" (Краснообск, 2011); "Современные проблемы генезиса, географии и картографии почв" (Томск, 2011); "Современные проблемы почвоведения и природопользования в Сибири" (Томск, 2012); "Тенденции развития агрофизики в условиях изменяющегося климата" (С-Петербург, 2012); "Информационные технологии, системы и приборы в АПК -АГРОИНФО-2012" (Краснообск, 2012).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 работ, в том числе две в журналах, включенном в «Перечень...» ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 6 глав, выводов, содержит 32 таблицы, 21 рисунок, 1 приложение. Общий объем диссертации 133 страницы машинописного текста. Список литературы включает 192 наименования, из них 5 на иностранном языке.

Автор выражает искреннюю благодарность за помощь в подготовке работы научному руководителю - д.с.-х. наук Добротворской Н.И., коллективу лаборатории рационального землепользования, лаборатории химического анализа почв и лаборатории плодородия почв СибНИИЗиХ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

1.1. Основные этапы экологизации использования земель в сельскохозяйственном производстве

В России земледелие всегда носило характер ландшафтного или адаптивного: различали суходолы, пойменные земли, территории, удобные для выпаса. Ландшафт и климат определяли тип хозяйствования: растениеводческий, животноводческий и смешанный. Различали угодья, пригодные для хлебопашества, овощеводства, садоводства и т.п. [Якушев, 2002].

Адаптация земледелия к местным условиям отражалась в трудах выдающихся русских и советских ученых: А.Т. Болотова, И.М. Комова, М.Г. Павлова, A.C. Ермолова, В.М. Сибирцева, A.B. Советова, В.В. Докучаева, П.А. Костыче-ва, В.Р. Вильямса, Д.Н. Прянишникова и др. [Крупеников, 1981]. В конце XIX века появляются работы И.Е. Овсинского по высокоэффективным системам земледелия [Овсинский, 1899].

В 50-60-е годы прошлого века в период освоения целины сложилась система экстенсивного земледелия с очень высокой степенью распаханности сельскохозяйственных угодий и очень низкой эффективностью производства. Использование экстенсивных технологий в этот период привело к нарастанию экологических проблем - процессам деградации почв и ландшафтов: развитию эрозии и дефляции, засолению и заболачиванию, дегумификации сельскохозяйственных земель [Кирюшин, 1996].

Пе�

Информация о работе

Капустянчик, Светлана Юрьевна
кандидата биологических наук
Новосибирск, 2013
ВАК 03.02.13

Диссертация

Агроэкологическая оценка сельскохозяйственных земель лесостепи Новосибирского Приобья - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы