Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Агроэкологическая оценка состояния плодородия почв низменно-западинного агроландшафта в агроценозе Западного Предкавказья

ВАК РФ 03.02.13, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Агроэкологическая оценка состояния плодородия почв низменно-западинного агроландшафта в агроценозе Западного Предкавказья"

005045740

КАТИНДА Марсиал Де Соуза Бело

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ

НИЗМЕННО-ЗАПАДИННОГО АГРОЛАНДШАФТА В АГРОЦЕНОЗЕ ЗАПАДНОГО ПРЕДКАВКАЗЬЯ

Специальность 03.02.13 — почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

1 4 И Юл 2012

Краснодар - 2012

005045740

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кубанский государственный аграрный университет» в 2009-2012 гг.

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Терпелец Виктор Иванович

Официальные оппоненты: Цховребов Валерий Сергеевич

доктор сельскохозяйственных наук, профессор ФГБОУ ВПО «Ставропольский государственный аграрный университет», заведующий кафедрой почвоведения им. В.И. Тюльпанова

Пинчук Александра Петровна

кандидат сельскохозяйственных наук ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет», доцент кафедры кадастра и геоинженерии

Ведущая организация: ГНУ «Краснодарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства им. П.П. Лукьяненко»

Защита состоится « 27 » июня 2012 г. в 11.00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.038.04 при ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» по адресу: 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет», с авторефератом - на сайтах http: //www. vak.ed.gov.ru и http: //www.kubsau.ru

Автореферат разослан « С) » ,ЛАА\% 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор сельскохозяйственных наук,

профессор /^Йг' __Слюсарев Валерий Никифорович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Равнинная часть Краснодарского края расположена в Западном Предкавказье. В почвенного покрове региона преобладают высокоплодородные кубанские черноземы, являющиеся центральным звеном в степном и лугово-степном агроландшафтах. Однако, под влиянием природных факторов и антропогенной деятельности наблюдается деградация современных агроландшафтов и, особенно, почвенного покрова.

Примером деградации почвенного покрова является появление гидроморфных лугово-черноземных и луговых уплотненных и слитых почв среди автоморфных почв - черноземов. В Краснодарском крае за период с 1961 по 2011 гг. площадь гидрометаморфизованных почв увеличилась более чем на 50 тыс. га. В настоящее время она составляет 135 тыс. га или 14-17 % площади сельскохозяйственных угодий (В.Ф. Вальков и др., 1996; А.Я. Ачканов, С.А. Николаев, 1999; В.П. Власенко, 2005). Развитие гидрометаморфизма в изначально автоморфных почвах, особенно, а почвах низменно-западинных агроландшафтов региона, является следствием комплекса природных и антропогенных факторов, что привело к изменению свойств этих почв, ухудшению их технологических свойств и снижению их производственной ценности и продуктивности агроценозов.

Проблема рационального использования почв этих агроландшафтов заключается в улучшении мониторинговых исследований, разработке и внедрении технологий, адаптивных к природным условиям, обеспечивающих сохранение и воспроизводство их плодородия в регионе. Адаптивный подход направлен на приостановление неэффективного использования территории. В этом и состоит актуальность настоящей работы.

Научные исследования проводились в соответствии с планом комплексной научно-исследовательской работы по агроэкологическому мониторингу ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» (номер государственной регистрации 01201153620).

Цель н задачи исследований. Целью исследований является мониторинг агроэкологического состояния плодородия почв низменно-западинного агроландшафта в агроценозе Западного Предкавказья для разработки наиболее эффективных приемов воспроизводства их плодородия и повышения продуктивности сельскохозяйственных угодий.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Дать оценку агроэкологического состояния плодородия почв низменно-западинного агроландшафта в агроценозе Западного Предкавказья.

2. Изучить влияние различных агротехнологий возделывания полевых культур звена севооборота «кукуруза - озимая пшеница» на агрофизические свойства, гумусное состояние, содержание валовых и подвижных форм тяжелых металлов исследуемых почв.

3. Исследовать влияние плодородия почв низменно-западинного агроландшафта на продуктивность агроценоза.

4. Определить экономическую и биоэнергетическую эффективность технологий агроценоза с учетом воспроизводства плодородия почв низменно-западинного агроландшафта в регионе.

Научная новизна результатов исследований. Проведен комплексный мониторинг агроэкологического состояния плодородия почв низменно-западинного агроландшафта Западного Предкавказья в агроценозе кукурузы и озимой пшеницы и даны рекомендации по воспроизводству их плодородия и повышению продуктивности сельскохозяйственных угодий.

Практическая ценность. Сельскохозяйственным предприятиям центральной зоны Краснодарского края даны научно-обоснованные рекомендации по сохранению и воспроизводству плодородия почв низменно-западинного агроландшафта при возделывании на них различными технологиями кукурузы и озимой пшеницы с экономически оправданным уровнем урожайности.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Агроэкологическое состояние плодородия почв низменно-западинного агроландшафта региона заметно изменяется в агроценозе. В зависимости от технологий возделывания кукурузы и озимой пшеницы изменяются их агрофизические свойства, гумусное состояние и устойчивость к загрязнению тяжелыми металлами.

2. При возделывании кукурузы различными агротехнологиями в исследуемых почвах сложился устойчивый отрицательный баланс гумуса. Наибольший дефицит гумуса наблюдается при использовании отвальной системы основной обработки почвы и минеральной системы удобрений, составляющий в лугово-черноземной выщелоченной уплотненной почве 0,75 т/га, в черноземе выщелоченном - 0,55 т/га.

3. Бездефицитный баланс гумуса в обеих почвах отмечен при возделывании озимой пшеницей с использованием органической системы удобрений независимо от системы основной обработки почвы.

4. Применение органических и минеральных удобрений в сочетании с различными системами основной обработки почвы в условиях агроценоза незначительно влияет на изменение содержания валовых и подвижных форм тяжелых металлов в пахотном слое почв агроландшафта. Однако, устойчивость к загрязнению тяжелыми металлами у чернозема выщелоченного выше, чем у лугово-черноземной выщелоченной уплотненной почвы.

Апробация работы. Материалы исследований были доложены на ежегодных научных конференциях Кубанского государственного аграрного университета (2009-2012 гг.); Всероссийской конференции, посвященной 45-летию факультета агрохимии и почвоведения Кубанского ГАУ, 2009 г.; III-V Всероссийской научно-практической конференциях молодых ученых «Научное обеспечение АПК» (2009-2011 гг., г. Краснодар).

Публикации результатов исследований. По теме диссертации опубликовано пять научных работ общим объемом более 1,0 печатных листа, в том числе одна статья в журнале, рекомендованном ВАК.

Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, предложений производству, списка литературы из 246 наименований авторов разных стран, в том числе, 234 источника российских авторов и изложена на 153 страницах компьютерного текста. Работа включает 43 таблицы, 5 рисунков и 3 приложения.

Личный вклад автора. Автору принадлежит 85% выполненной работы. Соискателем, под руководством научного руководителя, выполнены следующие виды работ: разработана программа и методика исследований; обоснованы теоретические положения диссертационной работы, проведены полевые исследования почв, выполнен большой запланированный объем аналитических работ; проанализирован и статистически обработан экспериментальный материал; сделаны выводы и предложения производству.

Автор выражает искреннюю признательность за содействие и помощь в выполнении работы профессорско-преподавательскому составу, сотрудникам и аспирантам кафедр почвоведения, общего и орошаемого земледелия Кубанского государственного аграрного университета.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. РАСПРОСТРАНЕНИЕ И ГЕНЕЗИС ПОЧВ НИЗМЕННО-ЗАПАДИННЫХ АГРОЛАНДШАФТОВ И ИЗМЕНЕНИЕ ИХ ПЛОДОРОДИЯ В АГРОЦЕНОЗЕ (обзор литературы)

В обзоре многочисленных литературных источников по исследуемой теме дан анализ публикаций результатов исследований ученых различных стран о распространении и генезисе почв низменно-западинных агроландшафтов (Ф.Р. Зейдельман, 1991, 1994, 1998; О.С. Безуглова, 1998; Н.Б. Хитров, 2003; N. Ahmad, 1983 и др.). Установлено, что развитие гидрометаморфизма в почвах отрицательных элементов рельефа приводит к изменению всего комплекса свойств (В.П. Власенко, В.И. Терпелец, 2008), повышается их загрязненность тяжелыми металлами (С.И. Колесников, 2000; Э.А. Александрова и др., 2001; В.Д. Жуков, 2005; Ю.Н. Водяницкий, 2008), что приводит к существенному снижению их производственной ценности и нарушению экологических функций.

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Настоящая работа является частью научно-исследовательской работы, проводимой в длительном полевом стационарном опыте агроэкологического мониторинга, заложенном сотрудниками кафедры орошаемого земледелия Кубанского госагроуниверситета в 1991 году на опытном поле учхоза «Кубань», в типичном для Западного Предкавказья низменно-западинном агроландшафте.

Опытное поле низменно-западинного агроландшафта, состоящее из трех полей, с 1991 по 2001 гг. находилось в условиях орошения.

Научные исследования по диссертационной работе проводились в полевых и лабораторных условиях в 2009-2011 годах. Аналитические работы проводились в научно-исследовательской лаборатории кафедры почвоведения Кубанского госагроуниверситета.

Объектом исследований являлись почвы: лугово-черноземная выщелоченная уплотненная слабогумусная сверхмощная легкоглинистая на лессовидных тяжелых суглинках (поле № 1 и 2) и чернозем выщелоченный слабогумусный сверхмощный легкоглинистый на лессовидных тяжелых суглинках (поле № 3).

Полевые исследования проводились в типичном для Центральной зоны Краснодарского края семипольном травяно-зернопропашном севообороте со следующим чередованием сельскохозяйственных культур: люцерна -люцерна - озимая пшеница - сахарная свекла - соя - кукуруза - озимая пшеница.

Культурами, входящими в объект исследований, являлись кукуруза (гибрид «385 МВ») и озимая пшеница (сорт «Коллега»), Чередование культур в годы исследований представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Схема размещения культур по полям севооборота в годы исследований

Год Поле № 1 Поле № 2 Поле № 3

2009 Озимая пшеница Кукуруза Соя

2010 Люцерна 1-го года Озимая пшеница Кукуруза

2011 Люцерна 2-го года Люцерна 1-го года Озимая пшеница

Стационарный длительный опыт агроэкологического мониторинга низменно-западинного агроландшафта представлен следующими факторами: фактор «А» - система основной обработки почвы, фактор «В» - система удобрения.

Система основной обработки почвы включает три варианта: 1 -отвальная система обработки; 2 - безотвальная (почвозащитная); 3 -поверхностная обработка.

На фоне трех способов обработки почвы изучались четыре системы удобрений: 0 - без удобрений; 1 - минеральная; 2 - органо-минеральная; 3 -органическая система. Факторы агротехнологий представлены в таблице 2.

Кодирование вариантов проводилось по специальной символике, в которой первой цифрой обозначается система основной обработки почвы (фактор «А»); второй цифрой - система удобрения (фактор «В»).

Наблюдения, учет и анализы проводились на 12 технологиях (вариантах опыта): 10 (контроль), 20, 30,11,21,31, 12, 22, 32,13, 23, 33.

Среди указанных технологий были выделены три условно названные альтернативные технологии: базовая (11), энергоресурсосберегающая (31) и мелиоративная (23). Каждое поле севооборота имеет 48 делянок (24 делянки х 2 блока) и занимает площадь 1,01 га. Площадь делянки: общая 168 м2 (24 м х 7 м), учетная 64,8 м2 (2,7 м х 24 м). Повторность опыта двукратная,

расположение делянок систематическое.

Таблица 2 - Факторы агротехнологий агроэкологического мониторинга низменно-западинного агроландшафта__|

Система обработки почвы (фактор «А») Система удобрения (фактор «В»)

1 — отвальная: обработка плугом ПЛН 4-35 на глубину 30-32 см 2 - безотвальная (почвозащитная): плоскорезная обработка КПГ-250 на глубину 30-32 см 3 — поверхностная: обработка БДТ-3 на глубину 6-8 см 0 - без удобрений

1 - минеральная: доза N120 Р90К110 под основную обработки + доза N30K50 в подкормку в фазу смыкания листьев в ряду

2 - органо-минеральная: минеральные удобрения в дозе N120 РэдКцо под основную обработку + доза N30K50 в подкормку в фазу смыкания листьев в ряду; органические - заделка пожнивных остатков (6,6 т/га соломы озимой пшеницы или 2,5 т/га соломы сои в годы вегетации соответствующих культур)

3 - органическая: минеральные удобрения в дозе N30 в подкормку в фазу смыкания листьев в ряду; органические - навоз 80 т/га под основную обработку сахарной свеклы и заделка пожнивных остатков (6,6 т/га соломы озимой пшеницы или 2,5 т/га соломы сои в годы вегетации соответствующих культур)

Отбор почвенных образцов проводился из всех делянок опыта в летний период (июнь-июль) вегетации культур звена севооборота (кукуруза - озимая пшеница) в слоях 0-20,20-40 и 40-60 см.

Виды и методы выполненных анализов почв: гумус по методу И.В. Тюрина в модификации В.Н. Симакова (ГОСТ 26213-91); лепсоокисляемые формы гумуса по методу И.В. Тюрина в модификации ГИЗР; расчет запасов и баланса гумуса; сумма обменных оснований по методу Каппена-Гильковица (ГОСТ 27821-88); гидролитическая кислотность по методу Каппена (ГОСТ 26212-91); расчет емкости катионного обмена и степени насыщенности почвы основаниями; pH водной и солевой суспензии электрометрическим методом (ГОСТ 26213-84); плотность сложения методом режущего кольца объемом 50 см3 (ГОСТ 5180-84); валовое содержание тяжелых металлов по методике ЦИНАО; подвижные формы тяжелых металлов в ацетатно-аммонийной вытяжке агомно-абсорбционным методом.

В первом году исследований, с целью определения изменения агроэкологического состояния плодородия по профилю обеих почв на делянках агротехнологий 10 (контроль) были заложены полнопрофильные разрезы, отобраны образцы почвы из всех генетических горизонтов, и определены вышеуказанные и следующие дополнительные виды анализов: гранулометрический анализ по методу H.A. Качинского (ГОСТ 12536-79); ускоренное определение состава гумуса минеральных почв методом М.М. Кононовой и Н.П. Бельчиковой; плотность твердой фазы пикнометрич'еским

методом (ГОСТ 5180-84); общая порозносгь и влажность завядания растений методом расчета (ГОСТ 28268-89); максимальная гигроскопическая влажность методом A.B. Николаева (ГОСТ 28268-89); наименьшая влагоемкость по методу В.Е. Кабаева.

Кроме того, определялись и учитывались следующие показатели: учет урожая зерна озимой пшеницы — путем обмолота учетной площади делянки комбайном «Сампо-500» и зерна кукурузы (совместно с кафедрой общего и орошаемого земледелия); биоэнергетическая и экономическая эффективность агротехнологий рассчитывались с использованием методик, разработанных в Кубанском госагроуниверситете; статистическая обработка результатов исследований проводилась дисперсионным методом по Б.А. Доспехову при помощи компьютерной обработки данных в программах Excel и Statistica 6.

3. УСЛОВИЯ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ

В геоморфологическом отношении район исследований расположен в южной части Азово-Кубанской низменности Западного Предкавказья.

Южная часть Азово-Кубанской низменности расположена севернее реки Кубань и представляет собой плоскую поверхность, имеющая общий слабый уклон на запад и северо-запад к Азовскому морю. Абсолютные высоты ее составляют на западе 6-15 м и возрастают до 150-200 м у западных склонов Ставропольской возвышенности (Е.С. Блажний, 1971).

Климатические условия Западного Предкавказья в большей степени определяются его географическим положением: близостью Черного и Азовского морей на юго-западе и западе, высокими хребтами Кавказских гор на юге, открытостью севера и северо-востока территории для холодных потоков воздуха с Восточно-Европейской равнины (В.Ф. Вальков и др., 1996).

Климат района исследований относится к умеренно континентальному с мягкой, малоснежной и частыми оттепелями зимой, умеренно жарким летом, высокой суммой положительных температур и значительной продолжительностью безморозного и вегетационного периодов.

Азово-Кубанская низменность сложена четвертичными континентальными отложениями. Верхнюю толщу их составляют карбонатные лессовидные глины и суглинки, покрывающие территорию сплошным слоем, мощностью 10-50 м, и являющиеся материнскими почвообразующими породами для черноземов данного региона (Н.Е. Редькин, 1969).

Южная часть Азово-Кубанской низменности региона представляет собой аллювиально-аккумулятивную равнину с покровом лессовидных пород разной мощности, залегающих на сплошном горизонте разнозернистых песков, представляющих террасу реки Кубань (Е.С. Блажний, 1971).

Почвы района исследований сформировались под лугово-степной растительностью на лессовидных тяжелых суглинках.

4. АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ НИЗМЕННО-ЗАПАДИННОГО АГРОЛАНДШАФТА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕХНОЛОГИЙ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР И ПРОДУКТИВНОСТЬ АГРОЦЕНОЗА (результаты исследований)

4.1. Характеристика и оценка плодородия почв низменно-западинного агроландшафта

В почвенном покрове южной части Азово-Кубанской низменности Западного Предкавказья преобладают черноземы выщелоченные и лугово-черноземные выщелоченные почвы, занимающие площадь более 250 тыс. га и имеют большое производственное значение в сельском хозяйстве Краснодарского края (В.Ф. Вальков и др., 1996 г.)..

Исследуемые почвы низменно-западинного агроландшафта по гранулометрическому составу являются легкоглинистыми иловато-пылеватыми (табл. 3). Содержание физической глины (менее 0,01 мм) в пахотном слое составляет 60,2-63,9 %; пыпеватой фракции - 55,5-57,3 %; ила - 35,9-39,9 %. Распределение фракций механических элементов по профилю относительно равномерное.

Чернозем выщелоченный содержит в гумусовом горизонте больше агрономически ценных и водопрочных агрегатов чем лугово-черноземная выщелоченная уплотненная почва и характеризуется слабо- и среднеуплотненным сложением. Плотность его по профилю составляет 1,281,48 г/см.3 Профиль лугово-черноземной выщелоченной уплотненной почвы характеризуется более плотным сложением (1,38—1,57 г/см3), чем профиль чернозема. Это обусловливает менее благоприятные для растений агрофизические свойства.

Лугово-черноземная выщелоченная почва характеризуется в верхней части профиля повышенной кислотностью и большей выщелоченностью углекальциевых солей, чем чернозем выщелоченный.

По содержанию гумуса в пахотном слое (3,2-3,6%) исследуемые почвы относятся к слабогумусным видам (табл. 4) Для них характерно постепенное уменьшение гумуса с глубиной и аккумуляция его в глубоких горизонтах почвы. Это определяет значительную мощность их гумусового горизонта (140-150 см).

В групповом составе гумуса обеих почв наблюдается определенная закономерность: преобладание гуминовых кислот над фульвокислотами и наличие большого количества нерастворимого остатка, прочно связанного с минеральной частью почвы, особенно в профиле лугово-черноземной выщелоченной уплотненной почвы (до 69,0%).В составе гумуса чернозема выщелоченного незначительная часть гуминовых кислот, находящаяся в свободном состоянии, связана с подвижными полуторными окислами, а основная часть прочно связана с кальцием, что придает гуминовым кислотам и гумусу в целом большую устойчивость к процессам минерализации.

Таблица 3 - Гранулометрический, структурный составы, физические и физико-химические свойства почв низменно-

западинного агроландшафта агроэкологического мониторинга

Горизонт, глубика, см Содержание механических фракций, % Содержание агрегатов, % Плотность, г/см3 Пористость общая, % Сумма поглощенных катионов Гидролитическая кислот-ность Степень насыщенности почв основаниями, % рНнгО

1-0,25 мм 0,05-0,001 мм менее 0,001 мм сумма менее 0,01мм 10-0,25 мм водопр. более 0,25 мм сложения ТВ. фазы м-экв. на 100 г почвы

Чернозем выщелоченный

А„ - 57,3 39,9 63,9 88,4 63,9 1,28 2,61 51,0 34,2 3,1 91,7 6,3

А - 56,9 39,3 62,4 81,5 67,2 1,32 2,68 50,7 34,7 195 94,8 6,6

АВ1 - 57,7 39,1 61,3 87,4 77,4 1,40 2,71 48,3 33,1 0,5 98,5 6,7

ав2 - 58,4 37,7 60,5 89,6 85,0 1,41 2,69 47,6 31.7 - 100,0 6,8

В 0,7 62,1 33,9 60,5 91,9 - 1,46 2,72 46,3 31,5 - 100,0 7,5

С 1,3 56,6 33,5 59,1 91,7 - 1,48 2,71 45,1 28,2 - 100,0 8,2

Лугово-чериоземная выщелоченная уплотненная

а„ 1,1 55,5 35,9 60,2 73,5 55,3 1,38 2,61 47,1 32,2 4,1 88,7 6,2

а - 51,9 40,4 62,3 48,6 64,5 1,48 2,66 44,4 33,0 2,7 92,4 6,5

ав, - 53,2 39,2 60,3 67,8 71,1 1,55 2,69 42,4 33,4 1,9 94,6 6,7

ав2 - 51,2 41,7 60,0 72,4 76,2 1,57 2,72 42,3 30,9 0,5 98,4 6,9

в 0,9 53,4 38,9 60,7 79,5 - 1,55 2,73 43,2 30,5 - 100,0 7,4

С 1,4 53,5 37,2 56,4 79,5 - 1,54 2,73 43,6 28,1 - 100,0 8,2

Таблица 4 - Содержание и состав гумуса почв низменно-западинного агроландшафта __агроэкологического мониторинга_

Горизонт Глубина отбора образца, см Гумус Общий углерод % Углерод гумусовых веществ (числитель - % к массе почвы, знаменатель - % от общего углерода) Сгк / Сфк

% т/га извлекаемых 0,1МЫа4Р207 + 0,1н№ОН гуминовые кислоты фульво-кислоты остаток

всего свободные и связанные сК203 связанные сСа

Чернозем выщелоченный

л„ 0-20 3,2 81,9 1,86 1,03/55,4 0,69/37,1 0,19/10,2 0,50/26,9 0,34/18,3 0,83/44,6 2,0

А 32-42 2,6 113,3 1,51 0,79/52,3 0,45/29,8 0,09/6,0 0,36/23,8 0,34/22,5 0,72/47,7 1,3

АВ, 76-86 2,2 175,6 1,28 0,66/51,1 0,33/25,8 0,05/3,9 0,28/21,9 0,33/25,8 0,62/48,4 1,0

ав2 120-130 1,9 80,4 1,10 0,53/48,2 0,24/21,8 0,03/2,7 0,21/19,1 0,29/26,4 0,57/51,8 0,8

в 170-180 1,3 129,1 0,75 0,38/50,7 0,10/13,3 0,01/1,3 0,09/12,0 0,28/37,3 0,37/49,3 0,4

Лугово-черноземная выщелоченная уплотненная

а„ 0-20 3,6 99,4 2,09 0,84/40,2 0,53/25,4 0,11/5,3 0,42/20,1 0,31/14,8 1,25/59,8 1,7

А 33-43 2,7 142,4 1,57 0,65/41,4 0,36/22,9 0,08/5,1 0,28/17,8 0,29/18,5 0,92/58,6 1,2

АВ| 75-85 2,2 153,5 1,28 0,48/37,5 0,25/19,5 0,04/3,1 0,21/16,4 0,23/18,0 0,80/62,5 1.1

АВ2 117-127 1,5 94,2 1,10 0,41/37,3 0,19/17,3 0,03/2,7 0,16/14,5 0,22/20,0 0,69/69,0 0,9

В 171-181 1,2 137,0 0,70 0,29/41,4 0,10/14,3 0,04/1,4 0,06/8,6 0,19/27,1 0,41/58,6 0,5

4.2. Изменение агрофизических свойств почв низменно-западинного агролацдшафта

Исследованиями установлено, что на фоне повышенной плотности лугово-черноземиой почвы по сравнению с черноземом выщелоченным тенденции влияния кукурузы и озимой пшеницы на плотность и общую пористость почвы по вариантам опыта изменяются. Наибольшее уплотнение пахотного горизонта почвы наблюдается при поверхностной обработке на фоне всех систем удобрения. Отвальная и безотвальная системы обработки почвы разуплотняли слой 0-20 см в гораздо большей степени.

В подпахотном горизонте тенденции в отношении системы обработки почвы в целом сохраняются, однако наименьшая плотность наблюдалась при отвальном глубоком рыхлении. Тенденции изменения плотности в зависимости от системы удобрения также остались прежними - оптимальную плотность обеспечивали органоминеральная и органическая системы, а наибольшее уплотнение наблюдалось в почвах агроландшафта на технологиях без применения удобрений.

-г-1-1-1-1-110 20 30 11 21 31 12 22 32 13 23 33 Индекс технологии —*— кукуруза — « — озимая пшеница

Рисунок 1 - Плотность лугово-черноземной выщелоченной уплотненной почвы под кукурузой в слое 0-60 см, 2009 г.

Разные культуры оказывали неодинаковое влияние на плотность сложения и общую пористость в пахотном и подпахотных горизонтах.

Наиболее уплотняющее действие на верхний корнеобитаемый слой лугово-черноземной выщелоченной уплотненной почвы под кукурузой наблюдалось при поверхностной и безотвальной обработке почвы (рис.1).

Культура сплошного сева - озимая пшеница слабо уплотняла пахотный слой исследуемых почв и практически не влияла на плотность подпахотного слоя. Плотность пахотного слоя почв под озимой пшеницей в сравнении с другой культурой звена севооборота - кукурузой имела минимальные значения (рис. 2): по отвальной вспашке меньше на 0,2-0,3 г/см3, по

безотвальному рыхлению - на 0,1-0,3 г/см3 . При возделывании кукурузы незначительно уплотнялся пахотный горизонт и переуплотнялись нижележащие, что объясняется большим количеством обработок почв в процессе ее вегетации..

1,4 1,38 1,36 ! 1.34 ^ 1.32

Л - _

ь А, ¿О 1 1,26 1,24 1,22 1,2

10 20 30 11 21 31 12 22 32 13 23 33

Индекс технологии —*—кукуруза — • — озимая пшеница

Рисунок 2 - Плотность чернозема выщелоченного под озимой пшеницей в слое 0-60 см, 2011 г.

Способы основной обработки почвы также повлияли на характер ее оструктуренности. Отвальная и безотвальная обработки почвы дали, примерно, одинаковые показатели оструктуренности. Значительно ниже этот показатель при ее поверхностной обработке: глыбистость в пахотном и в подпахотном слоях выше по сравнению с отвальной вспашкой и безотвальным рыхлением в 1,3-1,6 раза, а коэффициент структурности составил 0,95-0,73. Из всех агротехнологий наилучшая оструктуренность и водопрочность агрегатов пахотного слоя исследуемых почв наблюдается на безотвальной ее обработке при органической и органо-минерапьной системе удобрения.

Таким образом, биологизация системы удобрения в сочетании с безотвальным способом обработки почвы (мелиоративная технология) способствует оптимизации ее агрофизических свойств: снижению плотности и увеличению агрегатированности. Однако, вышеуказанные агрофизические свойства характерны в большей степени для чернозема выщелоченного низменно-западинного агроландшафта.

4.3. Изменение гумусного состояния почв низменно-западинного

агроландшафта

Черноземы и лугово-черноземные почвы Западного Предкавказья характеризуются сравнительно невысоким содержанием гумуса, что компенсируется общим высоким его запасом вследствие большой мощности

~Т / \ а ч /-^-т^-

_/_1

-1-1-1-1-1-1-1-1-1 г- г-

гумусового горизонта. Многие исследователи отмечают значительный дефицит гумуса в почвах Краснодарского края. Причем одними из наименее обеспеченными гумусом являются почвы низменно-западинного агроландшафта, которые подвергаются большей деградации.

Исследованиями установлено, что содержание гумуса в пахотном слое лугово-черноземной выщелоченной уплотненной почвы под кукурузой составило 2,78-3,37, под озимой пшеницей - 2,93-3,38%, в черноземе выщелоченном, соответственно, 3,13-3,44 и 2,94-3,40%.

Минимальные значения этих показателей отмечены в почвах при возделывании культур без применения удобрений (контроль), максимальные - при органической и органоминеральной системах удобрения.

т 270

260

ге 250

>■ 240

е- 230^

л 770-

го

га т 210 700

п п п 1гя . 2Ь

■■■■ 1ИШ1ШМ \x\v\v Ршипм ГЧ.Х.Х.'Ч.'ЧЧ ■■■■ "111111111 Гпшшм ; 1,111111 ■5=1 III.....ни К=|5=| "■¿=■5=1 15=|5=1 1^=15=1

10 20 30 11 21 31 12 22 32 13 23 33 индеек технологии □ кукуруза В озимая пшеница

Рисунок 3 - Запасы гумуса в слое 0-60 см лугово-черноземной выщелоченной уплотненной почве под кукурузой (2009 г.) и озимой пшеницей (2010 г.)

Анализ запасов гумуса в слое 0-60 см почв агроландшафта показывает, что во всех случаях отвальная обработка с оборотом пласта способствовала большему снижению запасов органического вещества, чем безотвальный и поверхностный способы основной обработки почвы, приближая почву к естественным условиям.

270

» у 260

Е 250

£■ г 240

з ? 230

<0 с 220

(0 210

200

51

¥Л Я?= 15= й<=й?= 15= 15= 15= ш?= 15= ¡2= I

10 20 30 11 21 31 12 22 32 13 23 33 индеек технологии

□ кукуруза В озимая пшеница

Рисунок 4 - Запасы гумуса в слое 0-60 см чернозема выщелоченного под кукурузой ( 2010 г.) и озимой пшеницей (2011 г.)

На лугово-черноземной выщелоченной уплотненной почве (рис. 3) наиболее оптимальной для кукурузы и озимой пшеницы является энергоресурсосберегающая технология (31), на черноземе выщелоченном (рис. 4) — мелиоративная технология (23).

Таблица 5 — Баланс гумуса в пахотном горизонте лугово-черноземной выщелоченной уплотненной почвы агроэкологического мониторинга под озимой пшеницей (2010 г., числитель) и кукурузой (2009 г., знаменатель), т/га

Индекс технологии Урожайность Приход Расход Баланс (+, -)

10 5,19/3,99 1,26/0,76 1,20/1,02 +0,06/-0,26

20 5,28/4,24 1,28/0,81 1,22/1,09 +0,06/-0,28

30 4,51/2,83 1,17/0,57 1,04/0,72 +0,13/-0,15

11 6,51/5,53 1,58 /1,02 1,87 /1,77 -0,29 /-0,75

21 6,30/5,87 1,52/1,08 1,81 /1,88 -0,29/-0,80

31 538/3,90 130/0,74 1,55 /1,25 -0,25 / -0,51

12 6,35/4,36 1,54/0,83 1,83 /1,40 -0,29/-0,57

22 6,40/4,43 1,55/0,84 1,84 / 1,42 -0,29 / -0,58

32 5,83/4,11 1,41/0,78 1,68 / 1,32 -0,27 / -0,54

13 6,60/5,67 1,60/1,05 1,52/1,45 +0,08 / -0,40

23 6,70/6,14 1,62/1,13 1,54/1,57 +0,08/-0,44

33 5,70/3,64 1,38/0,69 1,31/0,93 +0,07 / -0,24

Расчеты баланса гумуса показали, что при возделывании кукурузы различными агротехнологиями на обеих почвах он оказался отрицательным. Наибольший дефицит гумуса отмечен при использовании отвальной системы основной обработки почвы и минеральной системы удобрений, составляющий в лугово-черноземной выщелоченной уплотненной почве 0,75 т/га (табл. 5), в черноземе выщелоченном - 0,55 т/га (табл. 6).

Таблица 6 - Баланс гумуса в пахотном горизонте чернозема выщелоченного агроэкологического мониторинга под озимой пшеницей (2011 г., числитель) и кукурузой (2010 г., знаменатель), т/га_

Индекс технологии Урожайность Приход Расход Баланс (+, -)

10 5,49/3,57 1,33/0,68 1,26/0,91 +0,07/-0,23

20 4,85 / 3,62 1,17/0,69 1,12/0,93 +0,05 / -0,24

30 4,25 / 3,30 1,11/0,63 0,98/0,84 +0,13/-0,21

11 7,78 / 4,21 1,88/0,80 2,24/1,35 -0,36/ -0,55

21 7,69/4,79 1,86/0,88 2,21/1,53 -0,35/-0,65

31 7,18 / 3,53 1,74/0,67 2,07 /1,13 -0,33 /-0,46

12 7,17/4,35 1,74/0,83 2,06/1,39 -0,32 / -0,56

22 7,05 / 4,66 1,71/0,86 2,03 / 1,49 -0,32 / -0,63

32 6,33/4,18 1,53 / 0,80 1,82/1,34 -0,29/-0,54

13 7,26/4,38 1,76/0,83 1,67/1,12 +0,09 / -0,29

23 7,14/4,83 1,73/0,89 1,65/1,24 +0,08 / -0,35

33 6,67/3,89 1,61/0,74 1,54/1,00 +0,07 /-0,26

Бездефицитный баланс гумуса в обеих почвах отмечен при возделывании озимой пшеницей с использованием органической системы удобрений независимо от системы основной обработки почвы.

Наименьший дефицит гумуса в данном звене севооборота «кукуруза -озимая пшеница» складывался под энергоресурсосберегающей технологией (31). Наиболее дефицитный баланс гумуса складывался при базовой технологии (11). При этом с увеличением интенсивности основной обработки обеих культур уменьшалась величина баланса гумуса.

Неободимо отметить, что в том же звене севооборота на лугово-черноземной выщелоченной уплотненной почве дефицит баланса гумуса был выше, чем на черноземе выщелоченном.

4.4. Содержание валовых и подвижных форм тяжелых металлов в почвах низменно-западинного агроландшафта

Тяжёлые металлы (ТМ) в высоких концентрациях являются опасным загрязнителем почв, понижающих их биологическую активность, снижающих урожайность и ухудшающих качество сельскохозяйственных культур.

Результаты исследований, полученные сотрудниками кафедры неорганической и аналитической химии Кубанского госагроуниверситета и нами, позволяют сделать вывод, что внесение минеральных и органических удобрений в различных дозах не вызывают значимого накопления валовых и подвижных форм содержания марганца, меди, цинка, кобальта, свинца и кадмия в пахотном слое 0-20 см чернозема выщелоченного при возделывании озимой пшеницы различными агротехнологиями (табл.7, 8).

Таблица 7 - Валовое (числитель) и подвижное (знаменатель) содержание тяжёлых металлов в слое 0 - 20 см лугово-чернозёмной выщелоченной уплотненной почвы при возделывании озимой пшеницы, мг/кг почвы, 2010 г._

Индекс технологии Мл Си Ъп Со РЬ СА

10 488/68,3 32,3/0,29 49,3/0,68 19,9/0,32 15,4/1,81 0,29/0,056

20 486/52,6 29,2/0,17 48,3/0,77 18,1/0,19 12,7/0,96 0,32/0,068

30 509/67,3 28,5/0,27 49,6/1,02 18,9/0,28 15,7/1,78 0,32/0,072

11 587/973 35,1/0,29 57,3/2,08 21,0/0,36 25,5/1,88 0,47/0,084

21 594/78,9 45,1/0,38 68,5/1,46 21,4/0,66 25,2/2,31 0,58/0,092

31 628/94,4 45,9/0^2 60,1/0,98 20,7/0,48 19,2/2,22 0,64/0,097

12 521/84,8 31,4/0,28 54,2/0,90 19,7/0,21 15,5/1,72 0,43/0,078

22 539/77,8 28,6/0,21 52,2/0,97 13,9/0,29 14,7/1,60 0,32/0,089

32 528/75,5 34,6/0,29 49,1/0,98 14,5/0,38 16,5/2,18 0,35/0,096

13 499/69,2 24,9/0,27 48,6/0,96 13,2/0,32 10,1/1,84 0,29/0.068

23 505/79,8 23,2/0,27 49,2/0,68 12,7/030 11,4/1,98 0,29/0,126

33 490/87,0 22,1/0,25 48,7/0,90 13,2/0,32 12,5/1,74 0,29/0,077

пдк 1500/140 50/3 50/23 50/5 32/6 3/0,2

Полученные данные свидетельствуют, что содержание валовых и подвижных форм ТМ в изучаемой почве в два раза меньше, чем предельная допустимая концентрация (ПДК) в исследуемой почве. Исключение составляет валовое содержание цинка, которое на 4,4 — 13,4 % превышает ПДК. Однако, количество его подвижных форм значительно меньше ПДК.

Таблица 8 — Валовое (числитель) и подвижное (знаменатель) содержание тяжёлых металлов в слое 0—20 см чернозёма выщелоченного при возделывании озимой пшеницы, мг/кг почвы, 2011 г._

Индекс технологии Мл Си гп Со РЬ Сс1

10 460/58,1 24,0/0,23 45,8/0,54 9,2/0,20 4,6/1,61 0,20/0,0 33

20 484/57,0 20,9/0,12 48,3/0,67 9,5/0,18 4,9/0,85 0,20/0,048

30 518/62,3 19,7/0,17 47,8/0,84 10,3/0,14 5,7/1,72 0,24/0,077

11 547/70,6 26,1/0,22 52,9/1,21 14,0/0,32 6,5/1,82 0,33/0,070

21 564/72,5 25,1/0,14 54,2/0,38 11,4/0,26 5,2/1,38 0,28/0,064

31 525/74,4 28,6/0,22 50,0/0,85 15,2/0,28 7,8/1,82 0,39/0,085

12 501/70,8 21,5/0,20 44,4/0,81 10,7/0,21 5,7/1,09 0,24/0,061

22 523/75,2 22,6/0,16 48,2/0,78 10,7/0,20 4,7/1,30 0,26/0,065

32 509/65,2 24,9/0,24 47,8/0,74 10,0/0,25 6,5/1,7 8 0,22/0,081

13 497/68,0 24,9/0,18 49,6/0,83 10,8/0,28 7,5/1,70 0,23/0,060

23 509/70,8 25,2/0,28 47,9/0,50 11,2/0,29 6,4/1,86 0,22/0,101

33 502/77,5 22,9/0,21 48,0/0,93 10,8/0,26 6,1/1,80 0,23/0,067

ПДК 1500/140 50/3 50/23 50/5 32/6 3/0,2

Наибольшее количество тяжелых металлов поступают в почву с навозом. Учитывая содержание тяжёлых металлов в удобрениях, дозы внесения согласно различным технологиям возделывания озимой пшеницы было рассчитано количество тяжёлых металлов, поступивших в почву в период трехлетней вегетации данной культуры.

Следовательно, применение органических и минеральных удобрений в сочетании с различными системами основной обработки почвы в условиях агроценоза незначительно влияет на изменение содержания валовых и подвижных форм тяжелых металлов в пахотном слое почв агроландшафта. Однако, устойчивость к загрязнению тяжелыми металлами у чернозема выщелоченного выше, чем у лугово-черноземной выщелоченной уплотненной почвы.

4.5. Влияние плодородия почв ннзменно-западинного

агроландшафта на продуктивность агроценоза

Продуктивность агроценоза является функцией четырех, в определенной степени связанных, но и независимых факторов - растения, почвы, состояния атмосферы и биоты.

Урожайность кукурузы заметно изменялась по годам исследований, что также в определенной степени является следствием климатического фактора. Четкого различия по урожайности культуры в зависимости от почвы не установлено.

По вариантам опыта прослеживается следующая тенденция: органическая система удобрений довольно значительно увеличивала урожайность кукурузы. Минеральная система, предусматривающая высокие дозы удобрений, также способствовала повышению данного показателя.

Таблица 9 - Урожайность кукурузы гибрида «385 МВ» в зависимости от технологии ее возделывания на почвах низменно-западинного агроландшафта_

Индекс технологии Лугово-черноземная выщелоченная уплотненная почва (2009 г.) Чернозем выщелоченный (2010 г.)

урожайность прибавка урожайность прибавка

т/га % т/га %

10 3,99 - - 3,57 _

20 4,24 0,25 6,2 3,62 0,04 1,2

30 2,83 -1,16 -29,1 3,30 -0,27 -7,5

И 5,53 1,54 38,7 4,21 0,64 18,0

21 5,87 1,88 47,1 4,79 1,22 34,2

31 3,90 -0,09 -2,3 3,53 -0,04 -1,2

12 4,36 0,37 9,2 4,35 0,78 21,7

22 4,43 0,44 11,1 4,66 1,09 30,5

32 4,11 0,12 2,9 4,18 0,61 17,1

13 5,67 1,68 42,0 4,38 0,81 22,5

23 6,14 2,15 53,9 4,83 1,26 35,1

33 3,64 -0,35 -8,8 3,89 0,32 8,8

НСР05 «А» 0,19 - - 0,15 -

НСР05 «В» 0,27 - - 0,26 _

НСР05 «АВ» 0,33 - - 0,36 - -

Наши исследования показали, что изучаемые в опыте факторы оказали существенное влияние на урожайность озимой пшеницы (табл. 40).

Следует отметить более высокую фактическую урожайность и процент прибавки урожая озимой пшеницы на лугово-черноземной почве по всем вариантам опыта в 2009 году. На фактическую урожайность в данном случае оказал влияние климатический фактор - лето 2010 года было аномально сухим и жарким.

В то же время более высокий процент прибавки урожая по вариантам опыта свидетельствует о том, что на культуры сплошного сева с неглубокой корневой системой повышенное уплотнение почвы влияния не оказывает, а повышенное содержание гумуса лугово-черноземной почвы благоприятно сказывается на урожайности озимой пшеницы.

Таблица 10 — Урожайность озимой пшеницы сорта «Коллега» в зависимости от технологий ее возделывания на почвах низменно-западинного агроландшафта__

Индекс технологии Лугово-черноземная выщелоченная уплотненная (2010 г.) Чернозем выщелоченный (2011 г.)

урожайность прибавка урожайность прибавка

т/га % т/га %

10 5,19 - - 5,49 -

20 5,28 0,09 1,7 4,85 -0,64 -11,7

30 4,51 -0,68 -13,1 4,25 -1,24 -22,6

11 6,51 1,32 25,4 7,78 2,29 41,7

21 6,30 1,11 21,4 7,69 2,20 40,1

31 5,38 0,19 3,7 7,18 1,69 30,8

12 6,35 1,16 22,4 7,17 1,68 30,6

22 6,40 1,21 23,3 7,05 1,56 28,4

32 5,83 0,64 12,3 6,33 0,84 15,3

13 6,60 1,41 27,2 7,26 1,77 32,2

23 6,70 1,51 29,1 7,14 1,65 30,1

33 5,70 0,51 9,8 6,67 1,18 21,5

НСР05 «А» 0,21 - - 0,26 - .

НСР05 «В» 0,29 - - 0,37 - -

НСРо5 «АВ» 0,34 - - 0,32 - -

Из систем удобрения наилучшее влияние на урожайность пшеницы на любой почве оказывала органоминеральная, сочетающая органические и минеральные удобрения. Прибавка достигала 58,6%.

Интенсификация обработки почвы способствовала повышению урожайности культуры, несколько меньше этому способствовало безотвальное плоскорезное рыхление почв. На вариантах с поверхностной обработкой прибавка урожайности была минимальна.

Наибольшая прибавка (3,44 т/га или 58,6%) наблюдалась при органоминеральной системе обработки почвы на фоне отвальной вспашки.

Таким образом, с ростом интенсивности технологий возделывания озимой пшеницы довольно значительно увеличивается ее урожайность. При экстенсивной технологии возделывания минимализация обработки почвы приводит к снижению урожайности.

5. Эффективность технологий возделывания сельскохозяйственных культур на почвах низменно-западинного агроландшафта агроэкологического мониторинга

Расчеты показали, что озимая пшеница оказалась биоэнергетически эффективной культурой оказалась озимая пшеница (табл.11). Высокий выход энергии с основной и побочной продукцией обеспечивал наибольшее соотношение между полученной и затраченной энергией, особенно при ее возделывании мелиоративной технологией (23).

Минимальные затраты совокупной энергии на 1 га посевов озимой пшеницы на не удобренных вариантах позволили получить высокие коэффициенты чистой эффективности. Применение минеральной и органической системы удобрений приводило к росту энергозатрат на 25,129,1% по сравнению с не удобренным фоном, однако на фоне органической системы удобрения после кукурузы прослеживалось последействие от внесения пожнивных остатков.

Максимальный коэффициент чистой эффективности - 10,92 - был получен на отвальной обработке с применением органической системы удобрений. Близкий результат обеспечила мелиоративная технология (23) -10,17. Наименьшим данный показатель был на базовой технологии (11) -8,98. Однако выход основной продукции в расчете на 1 ГДж затраченной энергии на этих вариантах был практически одинаков.

В условиях рыночной экономики одна из первоочередных задач, стоящих пред аграрной наукой - разработка энергосберегающих технологий выращивания сельскохозяйственных культур, внедрение которых обеспечит получение конкурентоспособной продукции.

Как показали результаты исследований, энергоресурсосберегающая (31) возделывания озимой пшеницы заметно уступала по основным экономическим показателям как базовой (11), так и мелиоративная технология (23). Однако эта технология может служить временной мерой для хозяйств с тяжелым экономическим положением.

Базовая технология возделывания озимой пшеницы оказалась оптимальной, уровень рентабельности в этом случае достиг значения 129,8%. Созданный при мелиоративной технологии (23) высокий уровень почвенного плодородия позволил получать стабильно высокие экономические показатели при возделывании озимой пшеницы, уровень рентабельности достиг в этом случае 116,3 %ЛТ"К£Л-

Таким образом, результаты исследований показали высокую эффективность мелиоративной (23) и энергоресурсосберегающей (31) технологий в отношении воспроизводства плодородия почв низменно-западинного агроландшафта и в отношении урожайности зерна кукурузы и озимой пшеницы - мелиоративной (23) и базовой (11) технологий, что дает возможность рекомендовать производству дифференцированный подход к выбору технологий возделывания полевых культур, обеспечивающих максимальную экономическую эффективность.

Таблица 11 - Сравнительная биоэнергетическая оценка технологий возделывания озимой пшеницы _сорта «Коллега» на почвах низменно-западинного ландшафта (2009-2011 гг.)_

Показатель Индекс технологии

10 20 30 11 21 31 13 23 33

Урожайность, т/га 6,14 5,56 4,60 7,57 7,14 6,98 7,43 7,45 6,87

Выход энергии с 1 га, ГДж - всего 185,24 183,86 166,17 253,58 253,24 236,94 264,69 240,06 225,49

Затраты совокупной энергии на 1 га, ГДж 16,30 15,96 14,10 25,40 24,70 23,40 22,20 21,50 20,52

Приращение энергии, ГДж 168,94 167,90 152,07 228,18 228,54 213,54 242,49 218,56 204,97

Коэффициент чистой эффективности 10,36 10,52 9,79 8,98 9,25 9,13 10,92 10,17 9,99

Выход зерна в расчете па 1 ГДж затрач. энергии, т 0,33 0,33 0,34 0,29 0,30 0,29 0,34 0,32 0,32

Таблица 12 - Оценка экономической эффективности технологий возделывания озимой пшеницы сорта «Коллега» __на почвах низменно-западинного агроландшафта (2009-2011 гг.)_

Показатель Индекс Технология

10 20 30 11 21 31 13 23 33

Урожайность, т/га 6,14 5,56 4,60 7,57 7,14 6,98 7,43 7,45 6,87

Себестоимость 1 т, руб. (в ценах 2011 г.) 1203 1292 1338 1203 1292 1338 1203 1292 1338

Чистый доход, руб. 9438 8050 6449 11824 10339 10135 11420 10229 9632

Уровень рентабельности, % 127,7 112,1 104,7 129,8 112,0 108,3 127,8 116,3 104,7

выводы

1. Почвы низменно-западинного агроландшафта Западного Предкавказья обладают удовлетворительными для сельскохозяйственных растений агрофизическими свойствами. Наибольшее уплотняющее значение на верхний слой исследуемых почв под озимой пшеницей и кукурузой оказывала поверхностная обработка.

2. Биологизация системы удобрения в сочетании с безотвальным способом обработки почвы (мелиоративная технология) способствует оптимизации ее агрофизических свойств - снижению плотности и увеличению агрегатированности. Вышеуказанные агрофизические свойства характерны в большей степени для чернозема выщелоченного, в меньшей -для лугово-черноземной выщелоченной уплотненной почвы агроландшафта.

3. В зависимости от технологий возделывания сельскохозяйственных культур использование почв низменно-западинного лугово-степного агроландшафта сопровождается изменением содержания и запасов гумуса. Отвальная обработка способствовала большему снижению запасов органического вещества, чем безотвальный и поверхностный способы основной обработки почвы, приближая почву к естественным условиям.

4. На чернозе выщелоченном наиболее оптимальной для кукурузы и озимой пшеницы является мелиоративная технология (23), на лугово-черноземной выщелоченной уплотненной почве для обеих культур -мелиоративная (23) и энергоресурсосберегающая (31) технологии.

5. При возделывании кукурузы различными агротехнологиями в исследуемых почвах сложился устойчивый отрицательный баланс гумуса. Наибольший дефицит гумуса наблюдается при использовании отвальной системы основной обработки почвы и минеральной системы удобрений, составляющий в лугово-черноземной выщелоченной уплотненной почве 0,75 т/га, в черноземе выщелоченном - 0,55 т/га.

6. Бездефицитный баланс гумуса в обеих почвах отмечен при возделывании озимой пшеницей с использованием органической системы удобрений независимо от системы основной обработки почвы. Наименьший дефицит гумуса в звене севооборота «кукуруза - озимая пшеница» складывался под энергоресурсосберегающей технологией (31), наибольший -при базовой технологии (11). На лугово-черноземной выщелоченной уплотненной почве дефицит баланса гумуса был выше, чем на черноземе выщелоченном при возделывании обеих культур различными технологиями.

7. Применение органических и минеральных удобрений в сочетании с различными системами основной обработки почвы в условиях агроценоза незначительно влияет на изменение содержания валовых и подвижных форм тяжелых металлов в пахотном слое почв агроландшафта. Однако, устойчивость к загрязнению тяжелыми металлами у чернозема выщелоченного выше, чем у лугово-черноземной выщелоченной уплотненной почвы.

8. Существенное влияние на урожайность кукурузы на отвальной и безотвальной системах обработки почв низменно-западинного агроландшафта оказало использование минеральных и органических удобрений. Прибавка зерна на базовой (11) технологии по сравнению с контролем составила 18,0-38,7 %, на мелиоративной (23) - 35,1-53,9 %, на энергоресурсосберегающей (31) - прибавки зерна не было. Максимальному повышению урожайности озимой пшеницы способствовала мелиоративная (23) технология - прибавка зерна составила 10,0-29,1 %, на базовой (11) технологии - 9,1-25,4 %. На энергоресурсосберегающей (31) технологии -прибавки зерна была минимальной (3,7-8,5 %).

9. Результаты исследований показали высокую эффективность мелиоративной (23) и энергоресурсосберегающей (31) технологий в отношении воспроизводства плодородия почв низменно-западинного агроландшафта и в отношении урожайности зерна кукурузы и озимой пшеницы - мелиоративной (23) и базовой (11) технологий, что дает возможность рекомендовать производству дифференцированный подход к выбору технологий возделывания полевых культур, обеспечивающих максимальную экономическую эффективность.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

Для улучшения агроэкологического состояния плодородия почв сельскохозяйственных предприятий, расположенных в низменно-западинном агроландшафте Западного Предкавказья, и получения высоких урожаев зерна озимой пшеницы (более 7,0 т/га) и кукурузы на зерно (около 6,0 т/га) рекомендуется применять мелиоративную технологию (23) их возделывания. Необходимо вносить органические удобрения не менее 10 т/га в сочетании с рекомендуемыми дозами минеральных удобрений на фоне безотвальной системы обработки почвы и обязательной заделкой пожннвных остатков соломы озимой пшеницы в годы ее вегетации. Эта технология будет способствовать сохранению и воспроизводству плодородия почв агроландшафта при сравнительно высокой урожайности зерна озимой пшеницы и кукурузы.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК:

1. Терпелец, В.И. Влияние плодородия почв низменно-западинного агроландшафта Западного Предкавказья на урожайность сельскохозяйственных культур, возделываемых различными технологиями / В.И. Терпелец, М.С.Б. Катинда, A.B. Сисо // Тр. КубГАУ. - Краснодар, 2012.-Вып. №1 (34),- С. 57-62.

Статьи в других изданиях:

2. Катинда, М.С. Характеристика свойств почв низменно-западинного агроландшафта агроэкологического мониторинга/ М.С. Катинда, В.И. Терпелец // Университет: наука, идеи и решения. Научный журнал Кубанского ГАУ,- Вып. № 1/2010,- С. 68-71.

3. Щвец, Т.В. Гумусное состояние чернозема выщелоченного различных агроландшафтов Западного Предкавказья/ Т.В. Щвец, М.С. Катинда, В.И. Терпелец // Университет: наука, идеи и решения. Научный журнал. Краснодар: Кубанский ГАУ. - Вып. № 2/2010.- С. 120 - 122.

4. Катинда, М.С. Гумусное состояние почв низменно-западинного агроландшафта Азов-Кубаской низменности под различными сельскохозяйственными культурами / М.С. Катинда, Т.В. Щвец,. В.И. Терпелец // Материалы 4-й Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых " Научное обеспечение АПК". Краснодар: Кубанский ГАУ, 2010. - С. 121 - 123.

5. Щвец, Т.В. Гумусное состояние чернозема выщелоченного Западного Предкавказья при различных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур/ Т.В. Щвец, М.С. Катинда, A.A. Щвец// Университет: наука, идеи и решения. Научный журнал. Краснодар: Кубанский ГАУ. Вып. № 1/2011-С. 90-93.

Подписано в печать 25.05. 2012 г. Бумага офсетная Печ. л.- 1 Тираж 100 экз.

Формат 60x84 1/16 Офсетная печать Заказ № 447

Отпечатано в типографии КубГАУ 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13

Содержание диссертации, кандидата сельскохозяйственных наук, Катинда Марсиал Де Соуза Бело

ВВЕДЕНИЕ

1. РАСПРОСТРАНЕНИЕ И ГЕНЕЗИС ПОЧВ НИЗМЕННО

ЗАПАДИННЫХ АГРОЛАНДШАФТОВ И ИЗМЕНЕНИЕ ИХ ПЛОДОРОДИЯ В АГРОЦЕНОЗЕ (обзор литературы)

1.1. Распространение и генезис почв низменно-западинных 8 агроландшафтов

1.2. Изменение плодородия почв низменно-западинных 14 агроландшафтов при их сельскохозяйственном использовании

1.3. Мониторинг распределения тяжелых металлов в почвах 26 Западного Предкавказья

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

3. УСЛОВИЯ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Географическое положение, геоморфология и гидрология

3.2. Климат и агроклиматические условия в годы проведения 40 исследований

3.3. Растительность

3.4. Почвообразующие породы

4. АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ 50 НИЗМЕННО-ЗАПАДИННОГО АГРОЛАНДШАФТА В

ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕХНОЛОГИЙ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР И ПРОДУКТИВНОСТЬ АГРОЦЕНОЗА (результаты исследований)

4.2. Изменение агрофизических свойства почв низменно-западинного 70 агроландшафта

4.1. Характеристика и оценка плодородия почв агроэкологического мониторинга низменно-западинного агроландшафта

4.1.1. Чернозем выщелоченный

4.1.2. Лугово-черноземная выщелоченная уплотненная почва

4.2.1. Изменение агрофизических свойств лугово-черноземной 71 выщелоченной уплотненной почвы

4.2.2. Изменение агрофизических свойств чернозема выщелоченного

4.3. Изменение гумусного состояния почв низменно-западинного 83 агроландшафта

4.3.1. Изменение содержания и запасов гумуса в лугово- 83 черноземной выщелоченной уплотненной почве

4.3.2. Изменение содержания и запасов гумуса в черноземе 89 выщелоченном

4.3.3. Баланс гумуса в почвах агроценоза

4.4. Содержание валовых и подвижных форм тяжелых металлов в 97 почвах низменно-западинного агроландшафта

4.5. Влияние плодородия почв низменно-западинного агроландшафта 102 на продуктивность агроценоза

5. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЙ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ 108 СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР НА ПОЧВАХ НИЗМЕННО-ЗАПАДИННОГО АГРОЛАНДШАФТА АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

5.1. Биоэнергетическая оценка агротехнологий

5.2. Экономическая эффективность агротехнологий ВЫВОДЫ

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

Введение Диссертация по биологии, на тему "Агроэкологическая оценка состояния плодородия почв низменно-западинного агроландшафта в агроценозе Западного Предкавказья"

Актуальность темы. Равнинная часть Краснодарского края расположена в Западном Предкавказье. В почвенного покрове региона преобладают высокоплодородные кубанские черноземы, являющиеся центральным звеном в степном и лугово-степном агроландшафтах. Однако, под влиянием природных факторов и антропогенной деятельности наблюдается деградация современных агроландшафтов и, особенно, почвенного покрова.

Примером деградации почвенного покрова является появление гидроморфных лугово-черноземных и луговых уплотненных и слитых почв среди автоморфных почв - черноземов. В Краснодарском крае за период с 1961 по 2011 гг. площадь гидрометаморфизованных почв увеличилась более чем на 50 тыс. га. В настоящее время она составляет 135 тыс. га или 14-17 % площади сельскохозяйственных угодий (В.Ф. Вальков и др., 1996; А.Я. Ачканов, С.А. Николаев, 1999; В.П. Власенко, 2005). Развитие гидрометаморфизма в изначально автоморфных почвах, особенно, а почвах низменно-западинных агроландшафтов региона, является следствием комплекса природных и антропогенных факторов, что привело к изменению свойств этих почв, ухудшению их технологических свойств и снижению их производственной ценности и продуктивности агроценозов.

Проблема рационального использования почв этих агроландшафтов заключается в улучшении мониторинговых исследований, разработке и внедрении технологий, адаптивных к природным условиям, обеспечивающих сохранение и воспроизводство их плодородия в регионе. Адаптивный подход направлен на приостановление неэффективного использования территории. В этом и состоит актуальность настоящей работы.

Научные исследования проводились в соответствии с планом комплексной научно-исследовательской работы по агроэкологическому мониторингу ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» (номер государственной регистрации 01201153620).

Цель и задачи исследований. Целью исследований является мониторинг агроэкологического состояния плодородия почв низменно-западинного агроландшафта в агроценозе Западного Предкавказья для разработки наиболее эффективных приемов воспроизводства их плодородия и повышения продуктивности сельскохозяйственных угодий.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Дать оценку агроэкологического состояния плодородия почв низменно-западинного агроландшафта в агроценозе Западного Предкавказья.

2. Изучить влияние различных агротехнологий возделывания полевых культур звена севооборота «кукуруза - озимая пшеница» на агрофизические свойства, гумусное состояние, содержание валовых и подвижных форм тяжелых металлов исследуемых почв.

3. Исследовать влияние плодородия почв низменно-западинного агроландшафта на продуктивность агроценоза.

4. Определить экономическую и биоэнергетическую эффективность технологий агроценоза с учетом воспроизводства плодородия почв низменно-западинного агроландшафта в регионе.

Научная новизна результатов исследований. Проведен комплексный мониторинг агроэкологического состояния плодородия почв низменно-западинного агроландшафта Западного Предкавказья в агроценозе кукурузы и озимой пшеницы и даны рекомендации по воспроизводству их плодородия и повышению продуктивности сельскохозяйственных угодий.

Практическая ценность. Сельскохозяйственным предприятиям центральной зоны Краснодарского края даны научно-обоснованные рекомендации по сохранению и воспроизводству плодородия почв низменно-западинного агроландшафта при возделывании на них различными технологиями кукурузы и озимой пшеницы с экономически оправданным уровнем урожайности.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Агроэкологическое состояние плодородия почв низменно-западинного агролаидшафта региона заметно изменяется в агроценозе. В зависимости от технологий возделывания кукурузы и озимой пшеницы изменяются их агрофизические свойства, гумусное состояние и устойчивость к загрязнению тяжелыми металлами.

2. При возделывании кукурузы различными агротехнологиями в исследуемых почвах сложился устойчивый отрицательный баланс гумуса. Наибольший дефицит гумуса наблюдается при использовании отвальной системы основной обработки почвы и минеральной системы удобрений, составляющий в лугово-черноземной выщелоченной уплотненной почве 0,75 т/га, в черноземе выщелоченном - 0,55 т/га.

3. Бездефицитный баланс гумуса в обеих почвах отмечен при возделывании озимой пшеницей с использованием органической системы удобрений независимо от системы основной обработки почвы.

4. Применение органических и минеральных удобрений в сочетании с различными системами основной обработки почвы в условиях агроценоза незначительно влияет на изменение содержания валовых и подвижных форм тяжелых металлов в пахотном слое почв агроландшафта. Однако, устойчивость к загрязнению тяжелыми металлами у чернозема выщелоченного выше, чем у лугово-черноземной выщелоченной уплотненной почвы.

Апробация работы. Материалы исследований были доложены на ежегодных научных конференциях Кубанского государственного аграрного университета (2009-2012 гг.); Всероссийской конференции, посвященной 45-летию факультета агрохимии и почвоведения Кубанского ГАУ, 2009 г.; III-V Всероссийской научно-практической конференциях молодых ученых «Научное обеспечение АПК» (2009-2011 гг., г. Краснодар).

Публикации результатов исследований. По теме диссертации опубликовано пять научных работ общим объемом более 1,0 печатных листа, в том числе одна статья в журнале, рекомендованном ВАК.

Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, предложений производству, списка литературы из 246 наименований авторов разных стран, в том числе, 234 источника российских авторов и изложена на 153 страницах компьютерного текста. Работа включает 43 таблицы, 5 рисунков и 3 приложения.