Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Агроэкологические особенности почвозащитных систем земледелия в агроландшафтах лесостепи Среднего Поволжья

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "Агроэкологические особенности почвозащитных систем земледелия в агроландшафтах лесостепи Среднего Поволжья"

На правах рукописи

НЕМЦЕВ СЕРГЕЙ НИКОЛАЕВИЧ

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОЧВОЗАЩИТНЫХ СИСТЕМ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ В АГРОЛАНДШАФТАХ ЛЕСОСТЕПИ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

Специальность 06.01.01. - Общее земледелие

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Кинель - 2005

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Ульяновский научно-исследовательский институт сельского хозяйства.

Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук, профессор,

член-корреспондент РАСХН, заслуженный деятель науки РФ, лауреат премии Правительства РФ Шабаев Анатолий Иванович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Денисов Евгений Петрович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Кислов Анатолий Васильевич

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Куликова Алевтина Христофоровна

Ведущая организация: ФГОУ ВПО Пензенская государственная

сельскохозяйственная академия

Защита состоится « 15 » ноября 2005 г. в « 10 » часов на заседании диссертационного совета Д. 220.058.01. при ФГОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия».

Адрес: 446400, Самарская обл., г. Кинель-4, п. Усть-Кинельский, диссертационный совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарской государственной сельскохозяйственной академии.

Автореферат разослан « » 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

Г.К. Марковская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Сельское хозяйство лесостепных районов Среднего Поволжья в конце восьмидесятых - начале девяностых годов XX века развивалось на принципах широкого использования химико-техногенных средств интенсификации (минеральные удобрения, химические средства защиты растений, большие объемы мелиоративных работ и др.). Однако возросшие уровни интенсификации сельскохозяйственного производства и антропогенные нагрузки на почву привели к целому ряду негативных моментов: усилились процессы эрозии, возросли темпы дегумификации с устойчиво некомпенсируемой минерализацией гумуса, снизилась продуктивность сельскохозяйственного производства. Особо большой ущерб приносит в лесостепи Среднего Поволжья водная эрозия. В этой зоне на склонах размещается более 60% пашни. С таких полей ежегодно стекает огромное количество воды, сносится почвенный покров, заиливаются поймы малых рек, пруды и водохранилища, активизируются процессы оврагообразования. Некомплексное использование элементов почвозащитного земледелия снижает экономическую эффективность средств, вкладываемых в интенсификацию растениеводства (химизацию, мелиорацию и механизацию сельскохозяйственного производства). В этой связи особую актуальность приобретает разработка и освоение почвозащитных систем земледелия в отдельных зонах, ориентированных на природоохранный характер всех её элементов. Агроландшафтное почвозащитное земледелие должно обеспечивать получение высоких и устойчивых урожаев при одновременном повышении почвенного плодородия, защиту почв от водной и ветровой эрозии, охрану окружающей среды. Почвозащитную направленность должны определять и системы земледелия на плакорно-равнинных типах агроландшафтов. Особое значение здесь приобретают вопросы предотвращения нарастающей деградации почв (ухудшения физических свойств, переуплотнения, слитизации и др.) и усиленной потери гумуса.

Первоочередной задачей является биологизация и экологизация интенси-фикационных процессов в земледелии с целью повышения продукционных, средоулучшающих и ресурсовозобновляющих функций агроэкосистем и агроландшафтов (А.А.Жученко, 2000).

Агроэкологическая обстановка настоятельно требует внедрения ландшафтной системы земледелия в разных природных зонах и отдельных хозяйствах. Суть ландшафтного подхода заключается в одновременном комплексном, упорядоченном и эффективном использовании природных и антропогенно преобразованных территорий. Прежде всего, организация ландшафта как система должна предусматривать оптимальное соотношение между пашней, лугово-пастбищными, лесными и другими природными и антропогенными компонентами. Это одно из важных условий успешного функционирования не только агроценоза, но и компонентов природных биоценозов, оно позволяет оптимизировать взаимоотношения между угодьями, регулировать процессы круговорота биогенных элементов, рационально использовать природные и антропогенные ресурсы для получения максимально высокого урожая экологически безопасной продукции.

Рациональное обустройство территории агроландшафта должно базироваться на правильном землеустройстве, учитывающем биологические законы взаимосвязи между компонентами среды.

Цель работы и задачи исследований. Цель исследований - изучить агро-экологические особенности основных элементов почвозащитного земледелия и разработать модели адаптивных почвозащитных систем для плакорно-равнинных и склоновых агроландшафтов с учетом уровня интенсификации и техногенного загрязнения сельскохозяйственных угодий.

В задачу исследований входило:

- разработать почвозащитные, агроэкологически эффективные системы обработки почвы на склоновых землях и в равнинной части рельефа, направленные на накопление и лучшее использование почвенной влаги, уменьшение засоренности посевов, повышение почвенного плодородия и увеличение урожайности сельскохозяйственных культур;

- изучить эффективность плодосменных севооборотов с учетом почвенно-климатических условий, их специализации с целью повышения продуктивности земледелия и улучшения плодородия почв;

- установить эффективность детоксикационных свойств известковых материалов и цеолитов на землях, подверженных техногенному загрязнению в зоне влияния источников загрязнения;

- изучить почвозащитное и водорегулирующее значение лесных полос и гидросооружений для основных типов агроландшафтов в противоэрозионном комплексе ОПХ «Новоникулинское»;

- определить экономическую и биоэнергетическую эффективность почвозащитных систем обработки почвы, выявить структуру затрат на возделывание сельскохозяйственных культур;

- дать агроэкологическую оценку созданным объектам противоэрозионного комплекса и разработать модели адаптивно-ландшафтных систем земледелия для равнинных и склоновых типов агроландшафтов.

Поставленные на изучение вопросы, являются составной частью тематического плана Ульяновского научно-исследовательского института сельского хозяйства по государственному заданию: «Агроэкологическая эффективность почвозащитной системы обработки почвы под зерновые культуры, обеспечивающей получение высоких и стабильных урожаев сельскохозяйственных культур при минимальных затратах труда и средств» (номер государственной регистрации 01860042904), и в соответствии с заданием «Разработать научные основы почво-водоохранных ресурсосберегающих систем обработки черноземов в севооборотах Среднего Поволжья» (номер государственной регистрации 1960006646).

Научная новизна. Впервые для лесостепи Среднего Поволжья дано научное обоснование основных элементов почвозащитных систем земледелия в аг-роландшафгах. На базе противоэрозионного комплекса ОПХ «Новоникулинское», созданного в течение 1969-1975 гг., разработаны принципы формирования агроландшафтов и созданы качественно новые ландшафтные системы земледелия для черноземной лесостепи Среднего Поволжья.

Выявлена эффективность комбинированной, минимальной и гребнеку-лисной систем обработки почвы в регулировании основных параметров плодородия чернозема выщелоченного по сравнению с постоянной вспашкой. Установлена возможность минимализации основной и предпосевной обработки почвы в звене севооборота с занятым паром.

Определена почвозащитная роль разных севооборотов. Дана экономическая оценка сохранению и повышению плодородия почв и разработаны технологические приемы, снижающие экологическую напряженность агроценозов. В результате системного анализа почвенно-климатических условий и эффективности элементов противоэрозионного комплекса впервые для черноземных почв лесостепи Среднего Поволжья определены условия позитивной динамики количественных показателей характеристики (водно-физические свойства, химический состав, содержание гумуса в пахотном слое и др.) в различных типах агроландшафтов.

Практическая значимость работы. В результате проведенных исследований обобщен многолетний экспериментальный материал, который позволяет предложить научно обоснованные модели систем земледелия применительно к конкретному типу агроландшафта. В основу их положен принцип адаптивно-ландшафтного природопользования с экологически сбалансированными агро-экосистемами, где взаимодействуют и рационально используются не только пахотные земли, но и леса, луга, пастбища, защитные насаждения и мелиоративные сооружения. Это позволяет сохранить и повысить плодородие черноземных почв Среднего Поволжья, улучшить экологическую обстановку. Предложенные производству модели сохранения и воспроизводства плодородия почв, обеспечат получение экологически чистой продукции, при высокой продуктивности и экономической эффективности сельскохозяйственного производства.

Выполняемая работа по внедрению комплекса противоэрозионных мероприятий и результаты исследований по этому вопросу одобрены Научно-техническим советом Министерства сельского хозяйства Российской Федерации и рекомендованы для внедрения в сельскохозяйственное производство областей, краев и автономных республик со сходными природно-климатическими условиями.

Работа по созданию противоэрозионного комплекса в ОПХ «Новоникулинское» и завершенные на его базе исследования отмечены 2 золотыми и 3 серебряными медалями ВДНХ.

Выездное заседание координационных Советов по агроландшафтам и проблемам эрозии и дефляции почв Отделения земледелия Российской академии сельскохозяйственных наук по вопросу «Противоэрозионный комплекс в ландшафтных системах земледелия» рекомендовало использовать опыт работы Ульяновского НИИСХ по освоению зональных противоэрозионных комплексов на основе ландшафтных систем земледелия для широкого внедрения в сельскохозяйственное производство.

Реализация результатов исследований. Проведенные исследования прошли производственную проверку в ОПХ «Тимирязевское» и «Новоникулинское» Ульяновского НИИСХ и внедрены в 7 хозяйствах области на площади 55

тыс.га. В результате освоения адаптивно-ландшафтных систем земледелия в среднем за 1992-2003 гг. урожайность зерновых культур в этих хозяйствах оставила 24,4 ц/га, в то время как в среднем по области 17,2 ц/га.

Результаты исследований использованы при разработке:

- системы ведения агропромышленного производства Ульяновской области на 13 пятилетку. Ульяновск, 1990;

- рекомендаций по системе обработки почвы в колхозах и совхозах области. Ульяновск, 1990;

- основных направлений стабилизации земледелия области в условиях ограниченного ресурсного сбережения. Ульяновск, 1999.

- рекомендаций по севооборотам. Ульяновск, 2000;

- рекомендаций специалистам, механизаторам и фермерам по возделыванию основных сельскохозяйственных культур в 1993-2004 гг. Ульяновск;

Апробация работы. Основные научные положения исследований доложены на Всероссийских научно-практических конференциях (Казань, 1996; Ульяновск, 2000; Белгород, 2001, Владимир, 2004); на научных и производственных конференциях, областных семинарах и совещаниях (Ульяновск, 1993, 1994, 1996, 1999 гг.); на зональных совещаниях по проблеме повышения плодородия почв и увеличения производства зерна (Саратов, 1992, 1994, 1996, 1997, 1999 гг.); на координационных совещаниях по проблеме плодородия и эрозии (Курск, 1997; Ленинград, 1994; Рязань, 2000 гг.); на научных конференциях профессорско-преподавательского состава научных работников и аспирантов Ульяновской ГСХА (1991, 1993, 1995, 1997 гг.); в Самарской ГСХА (1995 г.); на курсах повышения квалификации специалистов сельского хозяйства (Ульяновск, 1992-2002 гг.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 40 научных работах, в том числе 19 - в центральной печати и материалах международных и Всероссийских конференциях, 5 монографиях (объемом 42,0 печатных листа).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, предложений производству, 39 приложений. Объем диссертации 417 страниц машинописного текста, содержит 108 таблиц и 31 рисунок. Список использованной литературы включает 541 наименование, в том числе 36 иностранных.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Наиболее эффективными севооборотами на плакорно-равнинных агро-ландшафтах лесостепи Среднего Поволжья являются: зернопаровые и зернопа-ропропашные с различным удельным весом чистого пара и плодосменные, повышающие продуктивность, почвенное плодородие, и снижающие экологическую напряженность.

2. Применение на склоновых землях в качестве основной обработки почвы комбинированной, минимальной и гребнекулисной, как основных элементов почвозащитного земледелия, обеспечивает улучшение водно-физических свойств и питательного режима почвы, уменьшение засоренности и увеличение урожайности сельскохозяйственных культур.

3. Внедрение противоэрозиониого комплекса (почвозащитная обработка, противоэрозионные защитные лесные полосы, валы-террасы высотой 0,5 м, во-дозадерживающие земляные валы, буферные полосы из многолетних или однолетних трав шириной 18-20 м) на склоновых агроландшафтах способствует увеличению запасов влаги и питательных веществ, снижению стока, смыва почвы и эрозионных процессов, повышению урожайности возделываемых культур.

4. Для условий лесостепи Среднего Поволжья в целях повышения адаптации земледелия, улучшения плодородия почв и повышения продуктивности угодий разработаны дифференцированные экологически безопасные модели почвозащитной системы земледелия для трех типов агроландшафтов: плакор-но-равнинного, склоново-ложбинного и склоново-овражного.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. Условия проведения опытов и методика исследований

Исследования проводились в течение 1984-2003 гг. в отделе земледелия Ульяновского НИИСХ в черноземной лесостепи Среднего Поволжья Ульяновской области. Стационарные опыты выполнялись на территории ОПХ «Новоникулинское» Ульяновского НИИСХ и колхозе им. Свердлова Ульяновского района. Объектами исследований были сельскохозяйственные угодья, на которых проводились научные опыты с использованием стоковых площадок и водосборов-аналогов. Закономерности проявления эрозионных процессов, миграции питательных веществ из почвы, эффективность приемов сохранения и воспроизводство плодородия почв изучались по методикам НИИСХ Юго-Востока, ВНИИЗ и ЗПЭ, Гидрометеослужбы, Почвенного института им. В.В.Докучаева, а также с учетом методических разработок Б.А. Доспехова, H.A. Качинского, A.A. Роде, Г.П. Сурмача, С.С. Соболева.

Основные научные исследования выполнялись в следующих стационарных опытах:

1. Эффективность севооборотов в почвозащитном земледелии изучалась в севооборотах с различным чередованием и процентным соотношением зерновых и кормовых культур. При этом выдерживались основные принципы построения схем севооборотов, предусматривающие размещение адаптированных к местным почвенно-климатическим условиям культур по лучшим предшественникам, оптимальные сроки возврата их на прежнее место, востребованность товарной продукции рынком и возможность максимальной реализации потенциала продуктивности севооборотной площади.

2. В плакорно-равнинном и склоново-ложбинном агроландшафтах в 1991-1998 гг. изучались системы основной и предпосевной обработки почвы с целью минимализации затрат на ее проведение за счет применения разноглубинных, ресурсосберегающих обработок почвы с учетом чередования культур в севооборотах. Изучаемые системы обработки почвы включали следующее:

1. Отвальная (контроль) - лущение стерни ЛДГ-10 + вспашка плугом ПН-4-35 на 25-27 см под горох, вико-овес, яровую пшеницу и ячмень; под озимую рожь - вспашка на 20 см;

2. Комбинированная - поверхностная обработка агрегатом КПШ-5+БИГ-ЗА на 8-10 см + обработка плугом со стойками СибИМЭ на 25-27 см под горох и

яровую пшеницу; под ячмень - лущение стерни ЛДГ-10 + вспашка плугом ПН-4-35 на 25-27 см; под озимую рожь - поверхностная обработка агрегатом (КПШ-5+БИГ-ЗА)+ЗККШ-6А на 8-10 см;

3. Минимальная - поверхностная обработка агрегатом КПШ-5+БИГ-ЗА на 8-10 см + обработка плугом со стойками СибИМЭ на 15 см под горох, вико-овес, яровую пшеницу и ячмень; под озимую рожь - обработка агрегатом КПШ-5+БИГ-ЗА на 8-10 см + щелевание ЩР-1 на глубину 40-60 см;

4. Гребнекулисная отвальная - вспашка плугом ПН-5-35 со стернеуклад-чиком на глубину 25-27 см под яровую пшеницу, ячмень, вико-овес; под озимую рожь - поверхностная обработка агрегатом БД-10+БИГ-ЗА на 6-8 см;

5. Гребнекулисная безотвальная - вспашка безотвальным плугом со стер-неукладчиком на глубину 25-27 см под вико-овес, яровую пшеницу и ячмень; под озимую рожь - поверхностная обработка агрегатом БД-10+БИГ-ЗА на 6-8 см.

3. Поступление тяжелых металлов в окружающую среду от техногенных источников и приемы их детоксикации изучались в двух краткосрочных опытах в 1994-1998 гг. В качестве детоксикантов на фоне минеральных удобрений изучались наиболее доступные приемы: известкование почвы и внесение цеолитов, источником которых служат местные месторождения.

4. Модели адаптивно-ландшафтных систем земледелия и опыт их освоения разрабатывались в созданном противоэрозионном комплексе ОПХ «Новоникулинское». Опыты заложены в 1995 г.

Полевые опыты, учеты и наблюдения, лабораторные исследования, биоэнергетическая, экономическая и статистическая оценки полученных данных проводились согласно методическим руководствам и методикам, приведенным в диссертации. Агротехника изучаемых культур планировалась исходя из рекомендаций для Ульяновской области.

2. Основные элементы почвозащитной системы земледелия в лесостепи Среднего Поволжья на плакорно-равнннных агроландшафтах

2.1. Севообороты в почвозащитном земледелии

Проведенными исследованиями установлено, что по чистым парам создаются условия для ежегодного получения нормальных всходов и их последующего хорошего развития. По занятым парам можно получить хорошие всходы озимых только в умеренные по увлажнению и влажные годы. В метровом слое почвы запасы влаги в занятых парах уменьшаются по сравнению с чистыми (в засушливые годы) на 68,1-74,7 мм, в умеренные - на 58,0-66,3 мм и во влажные - на 27,0-17,8 мм.

По чистому пару складывается более благоприятный пищевой режим. Так, в посевах озимых по чистому пару содержание нитратного азота в пахотном слое составило 5,9 мг/100 г почвы, а по занятым парам их количество находилось в пределах от 0,8 до 1,7 мг/100 г почвы. Ухудшение пищевого и водного режимов, увеличение засоренности посевов после занятых паров сказывается на урожайности озимых культур. В среднем за 8 лет урожайность озимой пшеницы по пару, занятому однолетними травами, ниже, чем по чистому на 9,7 ц/га (24,6%), горохом - на 10,0 ц/га (25%), кукурузой на зеленую массу - на 6,9 и/га

(18%), ячменем - на 19,4 ц/га (50%). С увеличением доз минеральных удобрений продуктивность озимых по занятым парам повышается. Если на неудобренном фоне урожайность озимой пшеницы по черному пару составила 39,4 ц/га, по занятому однолетними травами - 29,4 ц/га, кукурузой - 30,9 ц/га, горохом - 30,6 ц/га и ячменем - 20,8 ц/га, то на фоне подкормки минеральными удобрениями в дозе НзоР^Кю соответственно - 46,9; 33,9; 35,8; 37,5; 28,3 ц/га и на высоком фоне (Н60.9оРбо-9оКбо) - 44,2; 35,7; 42,5; 42,0; 38,0 ц/га. Однако применение удобрений связано с большими дополнительными затратами, способными снизить эффективность производства зерна.

К.Г. Шульмейстер (1995) и ряд других исследователей считают оптимальным для лесостепных районов Среднего Поволжья удельный вес озимых в пределах 20-23% пашни. При обосновании предшественников озимых признано целесообразным размещать по чистым парам только 40-50% их посевов (на уровне 10-12% от всей пашни). Введение в севообороты чистых паров в таких объемах могло бы способствовать получению более высоких и стабильных урожаев зерновых культур. Целесообразность таких подходов к оптимизации доли чистых паров в зоне подтверждается нашими многолетними исследованиями (табл. 1).

Таблица 1

Продуктивность зернопаровых и зернопаропропашиых севооборотов с разным удельным весом чистого пара

Севообороты Удельный вес чистого пара,% Сбор продукции с 1 га пашни, ц

продовольственного зерна кормовых единиц про теи на

Зернопаровые

Пар, рожь, ячмень 33,3 24,3 29,2 2,5

Пар, рожь, горох, рожь 25,0 25,9 23,3 з,з

Пар, рожь, пшеница, ячмень 25,0 24,5 29,7 2,6

Пар, рожь, пшеница овёс, ячмень 20,0 27,0 33,2 2,9

Пар, рожь, пшеница, горох, рожь, ячмень 16,6 25,4 34,1 3,2

Пар, рожь, просо, пшеница, горох, рожь,

овёс, ячмень 12,5 28,0 35,4 3,3

Зернопаропропашные

Пар, рожь, кукуруза, пшеница, ячмень Пар, рожь, кукуруза, пшеница, горох, рожь, ячмень

Пар, рожь, кукуруза, пшеница, горох, рожь, овёс, ячмень

Пар, рожь, кукуруза, пшеница, горох, рожь, овёс, вико-овес, рожь, ячмень_

20,0 14Д 12,5 10,0

22,0 24,5 25,8 24,5

48.1

47.2 46,2 45,6

4.1 4,3

4.2

4.3

Исследованиями было установлено, что в севооборотах короткой ротации с удельным весом чистого пара 29-33% происходило более быстрое очищение полей от корнеотпрысковых сорняков. Отмечено преимущество севооборотов с большой долей чистого пара на накопление влаги. Однако более эффективно испотьзуется влага в севооборотах с меньшим удельным весом чистого пара. Коэффициент водопотребления на 1 ц зерна снижается по мере уменьшения доли чистого пара (с 11,7 до 10,2). С возрастанием удельного веса чистого пара с 12,5 до 33,3% сбор продовольственного зерна снижался с 28,0 до 24,3 ц/га, сбор белка уменьшался с 3,3 до 2,5 ц/га.

Поэтому в условиях лесостепи Среднего Поволжья наиболее перспективны зернопаровые севообороты с удельным весом чистого пара не более 12,5%, в которых при сохранении высокого удельного веса озимых (до 25% пашни) половина их высевается по занятым парам. Аналогичная закономерность по сбору продукции в зависимости от соотношения чистых и занятых паров выявлена и в зернопаропропашных севооборотах. Сбор зерна с 1 га пашни в севооборотах с удельным весом чистого пара 10-12,5% составил 24,5-25,8 ц/га, при 20% - 22,0 ц/га. В первом случае занятые пары занимали в севообороте 12,5-20%. Одним из негативных моментов зернопаровых и зернопаропропашных севооборотов является большая минерализация гумуса в паровых и пропашных полях.

Важным звеном севооборотов, повышающим их почвозащитную роль, являются посевы многолетних трав. Многие видные ученые Д.Н. Прянишников (1944), К.К. Гедройц (1926), С.Н. Кравков (1931), И.В. Тюрин (1930, 1939) положительную роль введения многолетних трав в севооборот связывают в первую очередь с обогащением почвы большим количеством органического вещества. По нашим данным люцерна второго года пользования накапливает в слое 0-40 см 82,4 ц/га и кострец безостый - 81,1 ц/га корневых и пожнивных остатков, а зерновые - от 26 до 38,8 ц/га. В органических остатках люцерны было накоплено 150 кг/га азота, в горохе - 61 кг/га и в яровых зерновых - около 50 кг/га.

При введении в зернопаротравянопропашной севооборот одного поля многолетних бобовых трав потребность во внесении органических удобрений уменьшается до 3,9 т; в севообороте с двумя полями многолетних трав - до 3,1 т; при замене чистого пара на сидеральный в севообороте с одним полем многолетних трав - до 0,3 т. В условиях сравнительно благоприятного увлажнения лесостепи перспективны плодосменные севообороты с выводными полями многолетних бобовых трав. По сравнению с зернопаропропашными севооборотами они повышают сборы зерна с 1 га пашни на 3,0-3,3 ц или на 11-13%, всей продукции в кормопротеиновых единицах на 5,7-8,6 ц/га или на 14-20% и про-теина-на 1,1-1,6 ц/га или26-41%(табл. 2).

Плодосменные севообороты имеют большое преимущество перед зерно-паропропашным по влиянию на плодородие почвы. В зернопаропропашном севообороте с чистыми парами и пропашными культурами ежегодно минерализуется 875 кг гумуса на 1 га пашни, а восстанавливается только 363 кг. В плодосменном севообороте степень восстановления органической массы значительно выше.

Таблица 2

Продуктивность разных видов севооборотов (1992-1996 гг.)_

Показатели Зерно-паро-пропаш ной Плодосменные

с люцерной, горохом и го- рохо-ячменной смесью с двумя полями люцерны, горохом и горохо-ячменной смесью

Доля в севооборотной площади, %

зерновые 62,5 75,0 75,0

в т.ч. озимые 25,0 25,0 25,0

чистый и сидеральный пар 12,5 - -

Кормовые - всего 25,0 25,0 25,0

в т.ч. многолетние травы - 12,5 25,0

Сбор с 1 га пашни, ц

зерна 23,6 26,6 26,9

всей продукции в кормопрогеиновых единицах 42,5 51,1 46,2

протеина 3,9 5,0 5,5

НСР05 зерна -1,6

всей продукции - 4,4 протеина - 0,7

Проведенными исследованиями установлено, что севообороты в лесостепи Среднего Поволжья должны быть строго дифференцированы в зависимости от специализации хозяйств, особенностей природных условий, материально-технических ресурсов, степени удаленности земель от хозяйственных центров. Только такой подход позволит добиться значительного повышения продуктивности пашни при сохранении на высоком уровне почвенного плодородия. Наиболее высокая продуктивность и экономическая эффективность при производстве зерна обеспечивается в зернопаровых и зернопаропропашных севооборотах.

Таким образом, совершенствование севооборотов на принципах агроэко-логической эффективности и адаптивности к местным условиям повышает их роль не только как средства увеличения продуктивности, но и обеспечивает биологическое равновесие в почве, сохраняя почвенное плодородие.

2.2. Агроэкологнческая эффективность систем обработки почвы в лесостепи Среднего Поволжья

В почвозащитном земледелии особое значение приобретает выбор направления по совершенствованию систем обработки почвы, обеспечивающий создание оптимальных агрофизических свойств, водного, воздушного и теплового режимов, снижение темпов минерализации гумуса.

Высокая энергоемкость обработки почвы требует использования менее затратных приемов минимализации основной и предпосевной обработки почвы, применения широкозахватных комбинированных агрегатов, уменьшения при определенных условиях количества технологических операций (Г.И. Казаков,

1997; К.И. Карпович, 1996; М.Г. Сираев, 2000). В осваиваемом агроландшафт-ном земледелии системы обработки почвы должны строиться с учетом адаптивности, многовариантности, природоохранной направленности и малой энергоемкости.

Агрофизические свойства и динамика влажности почвы. Изучение систем основной обработки почвы в севообороте горох, озимая рожь, яровая пшеница, ячмень за 1991-1998 гг. показало некоторое уплотнение почвы за период от посева до уборки по всем вариантам опыта. В целом же основная обработка почвы, которая проведена комбинированным агрегатом, плугом со стернеукладчи-ком и другими орудиями отвальным и безотвальным способами, обеспечила сложение почвы в пределах 1,00-1,11 г/см3 после посева и 1,10-1,18 г/см3 после уборки. Такие показатели плотности сложения создают благоприятные условия для продукционного процесса возделываемых культур и формирования урожая. Для управления почвенными процессами с помощью обработки, кроме оптимальной плотности для растений, важно знать еще и равновесную плотность почвы, за которую принимают величину объемной массы длительно необрабатываемой почвы. В зависимости от механического состава почвы черноземы Среднего Поволжья имеют равновесную (естественную) плотность пахотного слоя от 1,0 до 1,3 г/см3. В более глубоких слоях, где нет хорошо выраженной структуры, объемная масса достигает 1,5-2,0 г/см3.

Однако наиболее важный вывод из анализируемых данных состоит в том, что содержание водопрочных агрегатов на всех вариантах обработки почвы имеет высокие значения, что характеризует устойчивость сложения и оптимальную плотность для многих культур. Особенно это характерно для гребне-кулисной (74,7%) и комбинированной обработки почвы (73,7%). Не намного уступает этим вариантам минимальная обработка (72,6%), а по некоторым культурам она даже превосходит их по этому показателю. В это время по вспашке содержание водопрочных агрегатов составляло 71,2%. Между тем, как показывают наши экспериментальные данные, водопрочность агрегатов и их механическая прочность под разными культурами неодинакова. В нашем опыте горох и озимая рожь имели превосходство (89,1-90,3% и 88,2-90,8% соответственно) в улучшении структуры почвы (содержании агрономически ценных агрегатов) по сравнению с яровыми зерновыми культурами (63,2-84,0%).

Эффективность систем обработки почвы определяется, прежде всего, по использованию факторов жизни растений, в т.ч. ресурсов влаги, выпадающих в виде атмосферных осадков. Количество атмосферных осадков за годы проведения полевых опытов было неодинаковым, что во многом определило и разницу во влагозарядке корнеобитаемого слоя и влагообеспеченности культур. Было важно выявить эффективность систем обработки почвы в накоплении и использовании ресурсов продуктивной влаги на продукционный процесс и величину урожая. Нами были приведены данные по накоплению и суммарному расходу влаги в посевах гороха, озимой ржи, яровой пшеницы и ячменя.

В таблице 3 показан расход влаги на формирование урожайности культур в севообороте с занятым паром за 1991-1994 гг. и 1995-1998 гг. За первое четырехлетие (1991-1994 гг.) расход влаги на одних и тех же вариантах полевого

опыта превышал этот показатель за второе четырехлетие (1995-1998 гг.) в связи с двумя острозасушливыми годами (1995-1998 гг.), что сказалось на урожайности и использовании осадков. В первом четырехлетии на 1 мм влаги было получено от 10,8 до 12,0 кг зерна, во втором - от 11,8 до 12,8 кг. Показатели использования влаги были близкими по вариантам опыта, однако все же преимущество было за комбинированной, отвальной и гребнекулисной обработками. Минимализация обработки сопровождалась уменьшением урожайности и худшим использованием влаги на формирование урожая.

Таблица 3

Расход влаги на формирование урожайности культур в звене севооборота за 1991-1998 гг. в зависимости от систем обработки почвы

1991-1994 гг. 1995-1998 гг.

Системы обработки почвы расход влаги, мм расход влаги, мм на 1 ц зерна получено зерна, кг на 1 мм влаги расход влаги, мм расход влаги, мм на 1ц зерна получено зерна, кг на 1 мм влаги

Отвальная 285 8,8 11,3 221 7,8 12,8

Комбинированная 285 8,4 12,0 228 7,9 12,6

Минимальная 288 9,2 10,8 236 8,4 11,8

Гребнекулисная - - - 237 8,2 12,1

Содержание элементов минерального питания. В наших опытах отмечалась высокая обеспеченность посевов гороха нитратным азотом в среднем за 3 года от 3,8 до 4,9 мг/100 г почвы. Кроме того, нужно иметь в виду способность гороха удовлетворять потребность в азоте за счет бобово-ризобиального симбиоза в размере 40-50% от общего его потребления на формирование урожая. Что касается подвижного фосфора, то в пахотном слое его содержание в среднем за 1991,1995 и 1996 гг. было по вариантам опыта практически одинаковым (в среднем за эти годы): весной - 22,3-27,7 мг/100 г почвы и к концу вегетации растений - 22,9-26,6 мг/100 г почвы. Показатели Р20з в оба срока определения по годам были стабильными. В целом же уровень содержания подвижного фосфора позволяет получать урожайность гороха не менее 30 ц/га, если не будут лимитировать формирование урожайности другие факторы.

Не выявлено существенных различий в содержании обменного калия по вариантам опыта. Причем содержание обменного калия мало изменялось в один и тот же год по срокам определения. К тому же обеспеченность калием была меньше, чем фосфором.

При возделывании озимой ржи в среднем за три года исследований (1992, 1996, 1997) содержание нитратного азота весной на вариантах поверхностной обработки почвы было на 0,2-2,4 мг/100 г больше, чем в почве, вспаханной на 20 см. При возделывании яровой пшеницы и ячменя изменения питательного режима были примерно одинаковыми. Существенных различий в накоплении ЫОз, Р2О5 и К20 по вариантам опыта не было обнаружено. В среднем за 3 года исследований несколько выделялся вариант минимальной обработки почвы по

содержанию нитратного азота, подвижных форм фосфора и обменного калия. Это объясняется большим накоплением почвенной влаги.

Изменение засоренности посевов. В составе сорного компонента агрофи-тоценоза в посевах яровой пшеницы преобладали малолетние сорные растения, численность которых составляла от 19,4 до 23,2 шт/м2 по отвальной и от 27,9 до 28,8 шт/м2 по минимальной обработке при массе сорняков от 10,0 до 14,3 г/м2 и от 17,4 до 24,1 г/м2 соответственно. Следует подчеркнуть, что минимализация предпосевной обработки почвы при возделывании яровой пшеницы не приводила к росту численности и массы сорняков. Это дает основание для уменьшения интенсивности предпосевной обработки почвы под эту культуру. В среднем за 1991-1994 гт. в севообороте горох - озимая рожь - яровая пшеница - ячмень комбинированная, минимальная и гребнекулисная системы обработки почвы не приводили к увеличению засоренности культур по сравнению с отвальной. Засоренность как по численности сорняков, так и по их массе оставалась практически на одном уровне, которая не превышала экономические пороги вредоносности. Минимализация предпосевной обработки по сравнению с традиционной весенней обработкой также не ухудшала состояние посевов по засоренности.

В среднем за 1995-1998 гг. по отвальной обработке численность сорняков по сравнению с предшествующим четырехлетием (1991-1994 гг.) сократилась на 11,8 шт/м2, а масса их осталась практически на прежнем уровне. На вариантах комбинированной, минимальной и гребнекулисной обработках почвы имелась некоторая тенденция к росту засоренности посевов на 1,7-8,1 шт/м2 по сравнению с отвальной системой.

Минимализация предпосевной обработки не приводила к увеличению засоренности посевов. Из всех возделываемых культур наибольшей конкурентоспособностью по отношению к сорному компоненту обладает озимая рожь. Наиболее эффективной системой обработки почвы под озимую рожь по подавлению сорняков является поверхностная обработка комбинированным многооперационным агрегатом КПШ-5 в сочетании с игольчатыми боронами БИГ-ЗА и катками ЗККШ-6А.

Влияние систем обработки почвы на урожай и его структуру. В наших опытах урожайность гороха при изучении систем основной и предпосевной обработки почвы сильно изменялась по годам, что можно объяснить различными условиями влагообеспеченности посевов.

В среднем за 1995-1996 гг. преимущество в формировании урожайности гороха имели минимальная система основной обработки почвы с ранневесен-ним боронованием и предпосевной культивацией - 25,5 ц/га, гребнекулисная с такой же предпосевной обработкой - 24,7 ц/га и отвальная — 24,1 ц/га. По всем другим вариантам урожайность гороха была ниже. Полученные данные позволяют сделать вывод о возможности минимализации обработки почвы под эту культуру.

В среднем за 3 года (1992, 1996, 1997 гт.) поверхностная обработка почвы (КПШ-5 + БИГ-ЗА) + 3 ККШ-6А под озимую рожь имела преимущество в урожайности по сравнению со вспашкой на 20 см на 2,8-5,4 ц/га. Разница в уро-

жайности по поверхностной обработке по сравнению со вспашкой составила 5,4 ц/га, а по поверхностной обработке со щелеванием - 3,0 ц/га. Разница в урожайности по всем трем вариантам поверхностной обработки в среднем за 2 года была также не в пользу вспашки. Анализируя полученные данные, можно констатировать, что последействие минимальной обработки почвы под горох не оказало отрицательного влияния на формирование урожайности озимой ржи. По сравнению с бессменной вспашкой в 1992 г. по фону минимальной обработки урожайность озимой ржи была выше на 8,2 ц/га, в 1996 г. - на 4,3 ц/га, в 1997 г. она уменьшилась на 3,3 ц/га.

Исследования запасов продуктивной влаги в метровом слое почвы в период возобновления весенней вегетации озимой ржи показали, что отвальная вспашка уступала по этому показателю другим системам обработки на 6,9-8,1 мм. При этом коэффициент водопотребления озимой ржи, под которую проводилась вспашка на 20 см, был меньше, чем на вариантах поверхностной обработки почвы. Следует отметить, что разложение льняной ткани протекало более интенсивно (на 5,6-6,6%) под озимой рожью по поверхностной обработке в связи с лучшим увлажнением пахотного слоя, что сопровождалось большим накоплением элементов минерального питания в доступной форме. Хорошее развитие озимой ржи приводило к угнетению развития сорняков, которые оказываются под пологом мощного стеблестоя.

В 1993 г. максимальная урожайность яровой пшеницы получена по греб-некулисной и отвальной обработкам почвы с двукратным весенним боронованием - 32,8 и 31,2 ц/га соответственно. При этом гребнекулисная обработка почвы была более эффективной. Предпосевные обработки не оказали существенного влияния на урожайность. Минимальная обработка почвы привела к снижению урожайности.

В среднем за 4 года наибольшая урожайность яровой пшеницы получена по гребнекулисной основной обработке почвы - 25,4-27,0 ц/га. Однократное боронование - как прием предпосевной обработки почвы - в большинстве случаев сопровождалось некоторым снижением урожайности по сравнению с боронованием зяби и последующей культивацией и двукратным боронованием.

На ячмене, также как и на яровой пшенице, выделялся вариант двукратного весеннего боронования по всем системам основной обработки почвы. На комбинированной системе обработки получено ячменя на 2,5 ц/га, а на гребнекулисной - на 4,9 ц/га больше, чем по вспашке с весенним боронованием в сочетании с культивацией. Преимущество почвозащитных систем обработки почвы подтверждается и основными элементами структуры урожая. Количество сохранившихся растений здесь было больше на 3-52 шт./м2, а масса 1000 зерен на 0,6-0,9 г по сравнению с контролем.

По сбору зерна в звене севооборота изучаемые системы основной обработки почвы можно расположить в такой ряд: комбинированная - 31,4 ц/га, гребнекулисная - 31,2 ц/га, минимальная - 31,0 ц/га, отвальная - 30,2 ц/га. Однако разница в сборе зерна в севообороте была небольшой. Она составила между крайними вариантами 1,2 ц/га (табл. 4).

Таблица 4

Урожайность гороха и зерновых культур в звене севооборота в зависимости _от систем основной обработки почвы (1991-1999 гг.), ц/га_

Обработка почвы Горох Озимая рожь Яровая пшеница Ячмень В среднем по звену

Отвальная 24,1 50,5 26,7 20,7 30,2

Комбинированная 22,1 55,9 24,2 22,6 31,4

Минимальная 25,5 53,5 23,0 19,9 31,0

Гребнекулисная 24,7 53,4 28,8 19,8 31,2

отвальная

НСР05 2,4 3,8 4,0 1,4

Экономическая и энергетическая эффективность систем обработки почвы. Анализируя экономическую эффективность возделывания зерновых культур в севообороте с занятым паром, следует отметить, что были равные урожаи при комбинированной, минимальной и гребнекулисной обработках (31,0-31,4 ц/га). Наиболее низкими производственными затратами и себестоимостью 1 ц продукции, и самым высоким чистым доходом и уровнем рентабельности, отмечалась минимальная обработка почвы (табл. 5).

Таблица 5

Экономическая эффективность звена севооборота с занятым паром

в зависимости от систем основной обработки почвы (1991-1999 гг.)

Системы основной обработки почвы Урожайность, ц/га Производственные затраты, руб./га Стоимость продукции, руб./га Себестоимость 1 ц, руб. Чистый доход, руб./га Уровень рентабельности, %

Отвальная 30,2 2213 2988 73,3 775 35,0

Комбинированная 31,4 2182 3007 65,9 825 37,8

Минимальная 31,0 2037 2992 65,9 855 42,0

Гребнекулисная 31,2 2198 3105 70,4 807 36,7

Обобщая полученные данные экономической эффективности возделывания зерновых культур в зависимости от систем обработки почвы в севообороте, следует отметить, что на ее долю приходится от 33,9 до 38% всех трудозатрат. Исследованиями установлена высокая эффективность минимальной обработки почвы по сравнению с отвальной и комбинированной, а также установлена возможность ее минимализации при возделывании гороха и озимой ржи.

По расчетам энергетической эффективности зерновых культур в севообороте с занятым паром, отвальная система обработки почвы привела к наибольшим затратам техногенных ресурсов (35,3-35,9 МДж/га). По накоплению энергии в биомассе и окупаемости затраченной техногенной энергии преимущество имела комбинированная система. Коэффициент энергетической эффективности по этой системе был выше, чем по отвальной (1,66 вместо 1,48), а затраты энергии на обработку почвы ниже на 23,3% (табл. 6).

Таблица 6

Энергетическая эффективность систем обработки почвы

в севообороте с занятым паром (1991-1999 гг.)__

Системы обработки почвы Урожайность, ц/га Масса соломы ц/,га Затраты техногенной энергии, тыс.МД ж/га Нако эне] МД плено 1ГИИ, ж/га Коэффициент энергетической эффективности Затраты энергии на обработку почвы, МДж/га

в зерне в биомассе зерна биомассы

основная предпосевная

Отвальная 1 2 3 30,2 31,2 29,2 49,9 51,5 48,9 35,9 35,8 35,3 53,6 54,2 51,5 14,6 159,7 151,2 1,48 1,52 1,46 4,31 4,46 4,28 4246 4162 3933

Комбинированная 1 2 3 31,4 31,8 30,6 51.6 52,4 50.7 33,3 33,1 32,7 53,8 55,0 52,8 159,1 166,0 156,1 1,62 1,66 1,61 4,78 5,02 4,77 3334 3256 3026

Минимальная 1 2 3 31,0 29,8 28,2 50,1 48,3 46,7 33,1 32,7 32,4 53,3 51,1 49,1 155,1 149,0 143,6 1,61 1,56 1,52 4,68 4,56 4,43 3387 3310 3080

Гребнекулисная 1 2 3 31,2 32,2 30,5 52,0 53.5 51.6 34,5 34,5 34,1 55,3 56,2 53,7 161,0 165,9 158,6 1,60 1,63 1,57 4,66 4,81 4,65 3520 3440 3213

Примечание. 1 - боронование-*-культивация; 2 - 2"-кратное боронование; 3 - боронование.

Таким образом, при формировании систем обработки почвы на плакорно-равнинных типах агроландшафта должны учитываться не только почвенные и климатические условия, но и весь комплекс факторов, определяющих экологическую ситуацию, связанную с их воздействием на агрофизические, агрохимические, биологические свойства почв и фитосанитарное состояние посевов. Сложность этих взаимоотношений в конкретных условиях выдвигает в качестве обязательного требования - дифференциацию систем обработки почвы. По этим причинам в лесостепи Среднего Поволжья проявилось преимущество комбинированных систем, определились пути минимализации обработки почвы. К главным достоинствам предлагаемых комбинированных систем обработки почвы по сравнению с постоянной вспашкой относятся:

- ресурсо- и энергосбережение;

- почвозащитный характер;

- улучшение агрофизических свойств, водного, пищевого и биологических режимов почвы;

- эффективная защита посевов;

- повышение эффективного и потенциального плодородия почвы.

3. Противоэрозиоиные комплексы в почвозащитном земледелии на склоновых типах агроландшафтов

3.1. Особенности формирования и агроэкологическая эффективность почвозащитных систем обработки почвы

Одним из наиболее эрозионно-опасных регионов страны является Поволжье, где эрозии подвержено более 15 млн.га сельскохозяйственных угодий. Только в Ульяновской области, по данным филиала института «Волгогипрозем», за 1990 год из общей площади пашни в 1,8 млн.га водной эрозии подвержено 570 тыс.га, а дефляции - 577 тыс.га., т.е. всего 1 млн. 147 тыс.га или 63,7% от площа-

ди пашни. Кроме того, площадь склоновых земель крутизной более 1°, где наиболее вероятно проявление эрозии почв, насчитывает в области более 800 тыс га или 40% от пашни. Большое значение придается рельефу местности, который через крутизну и экспозицию склона является перераспределителем влаги, тепла и света. В зимне-весенний период склоны теряют до 30-70% снеговой воды, смыв почвы достигает 10-30 т/га, эрозионные процессы ухудшают физические свойства почвы, снижают запасы азота и фосфора, ухудшают пищевой режим почвы. В засушливом земледелии ведущая роль принадлежит приемам, способствующим всемерному накоплению, сбережению и рациональному использованию осадков осенне-зимнего периода, максимальному сокращению потерь воды на сток. Больше всего выпадающие осадки непродуктивно теряются на склоновых землях. Талые воды на склонах вызывают эрозию почв, которая по охвату территории и наносимому ущербу стоит на первом месте.

В среднем за 4 года (1991-1994 гг.) исследований на склоне 2,5° южной экспозиции изучаемые системы основной обработки почвы оказали положительное влияние на снегонакопление. Высота снега на вариантах с обработкой почвы комбинированным агрегатом (КПШ-5+БИГ-ЗА) с последующей вспашкой плугом со стойками СибИМЭ на 15 см и с гребнекулисной отвальной обработкой была на 3,0-4,5 см выше, чем на контроле. При достаточно высоких запасах воды в снеге сток с зяби наблюдался только в 1992 г., в другие годы сток талых вод отсутствовал. На комбинированной и гребнекулисной системах обработки отмечался наименьший сток - 11,3 и 11,6 мм при коэффициенте стока 0,21. Это указывает на лучшее усвоение почвой талых вод. Ежегодный сток талых вод наблюдался на водосборе площадью 22,6 га с многолетними травами. За годы исследований величина стока составила 36,7 мм при коэффициенте стока 0,42 или почти половина снеговой воды из-за значительного уплотнения почвы бесполезно теряется весной на сток. Вынос со стоком питательных веществ здесь составил: нитратного азота 15,2 кг/га, подвижного фосфора 14,9 кг/га, обменного калия 23,5 кг/га. По всем изучаемым системам обработки почвы в стоковой воде отмечено наличие солей тяжелых металлов, которые не превышали допустимых концентраций.

Структура почвы. Важная роль в создании водного, воздушного и пищевого режимов, благоприятных для возделывания сельскохозяйственных культур, принадлежит структуре почвы. Структурная почва легче обрабатывается, лучше впитывает талые воды и атмосферные осадки, способствует лучшему развитию культурных растений. Анализ результатов определения агрегатного состава пахотного слоя показал, что в среднем за 4 года данные по структуре почвы не имели больших расхождений по вариантам обработки. На всех почвозащитных системах обработки на склоне 2,5° южной экспозиции содержание водопрочных агрегатов было выше, чем по вспашке. Наиболее благоприятное влияние на структуру почвы оказали гребнекулисная отвальная и безотвальная обработки на 25-27 см, а также применение в пожнивный период орудия плоскорежущего типа КПШ-5 в агрегате с игольчатой бороной БИГ-ЗА и последующая основная обработка плугами со стойками СибИМЭ на 25-27 см. Такие системы основной обработки почвы позволили увеличить содержание водопрочных агрегатов на 3,1-6,6%, а, следовательно, улучшить структуру почвы по сравнению со вспашкой.

Водный режим почвы. Ведущим фактором, оказывающим решающее влияние на продуктивность полевых культур в условиях засушливого климата Ульяновской области, является степень обеспеченности растений влагой в разные фазы развития (Д.И. Буров, 1970; Н.М. Бокаев, 1971; Г.Г. Данилов, 1972). Одной из главных задач обработки почвы является создание условий для максимального накопления и сохранения влаги.

В наших исследованиях на склоне 2,5° южной экспозиции в среднем за 4 года наибольшие запасы влаги в метровом слое весной наблюдались при комбинированной (203 мм) и гребнекулисной отвальной (220 мм) системах обработки почвы, что на 20-37 мм больше, чем на вспашке. Такая же тенденция наблюдалась и в период уборки: на этих системах обработки сохранилось влаги больше, чем на контроле. Меньший расход почвенной влаги за вегетацию отмечался на минимальной (75 мм) и гребнекулисной безотвальной (72 мм) системах обработки. Сравнивая использование влаги на единицу продукции, установлено, что на удобренном фоне применение комбинированной и гребнекулисной систем обработки почвы позволило более экономно расходовать влагу на создание 1 ц зерна - 7,8 и 8,2 мм/ц зерн. ед. На фоне без удобрений на всех вариантах расход влаги на единицу продукции возрастает. Таким образом, в севообороте (вико-овес, озимая рожь, яровая пшеница, ячмень) наиболее эффективными по накоплению и рациональному использованию влаги в почве являются комбинированная система обработки почвы, включающая безотвальную обработку плугами со стойками СибИМЭ на 25-27 см, поверхностное рыхление под озимые и вспашку, а также гребнекулисная вспашка плугом со стер-неукладчиком на 25-27 см (табл. 7).

Таблица 7

Накопление и расход влаги в зависимости от систем основной обработки

почвы на склоне 2,5° южной экспозиции(1991-1994 гг.)

Запасы влаги в Коэффициент во-

0-100 см слое, Расход Общий допотребления,

Системы мм почвен- расход мм/ц зерн. ед.

обработки почвы в начале перед ной вла- влаги, удоб- неудоб-

цвете- убор- ги, мм мм ренный ренный

ния кой фон фон

Отвальная 183 105 78 276 8,4 9,8

Комбинированная 203 125 78 276 7,8 9,6

Минимальная 203 128 75 274 8,5 10,1

Гребнекулисная от-

вальная 220 131 90 288 8,2 10,1

Гребнекулисная без-

отвальная 196 124 72 270 8,5 10,3

Такие системы обработки почвы обеспечили повышение урожая высеваемых культур и способствовали более экономному расходованию влаги на его формирование.

Биологическая активность и пищевой режим почвы. Изучение интенсивности протекающих в почве биологических процессов в наших опытах проводилось методом льняных полотен. Исследованиями установлено, что при механи-

ческом воздействии на почву происходят некоторые изменения в интенсивности разложения льняной ткани. В среднем за 4 года на склоне 2,5° южной экспозиции интенсивнее биологические процессы протекали на всех почвозащитных вариантах, где разложение льняной ткани было на 1,9-4,0% выше, чем на вспашке. На неудобренном фоне биологическая активность почвы выражена меньше.

Для нормального роста и развития растений необходимо в достатке наличие в почве, помимо воды и воздуха, усвояемых форм питательных веществ, образование которых зависит от жизнедеятельности микроорганизмов. Анализ приведенных данных показывает, что на склоне 2,5° почвозащитные системы обработки почвы оказывают положительное влияние на накопление и рациональное использование нитратного азота в пахотном горизонте.

Наибольшее накопление N03 весной наблюдалось на вариантах с комбинированной, минимальной и гребнекулисной безотвальной обработками (11,4; 12,6; 12,9 мг/100 г почвы соответственно), что на 1,8-3,3 мг/100 г почвы больше, чем на вспашке. К уборке урожая содержание нитратного азота заметно понизилось на всех вариантах. Содержание подвижного фосфора и обменного калия меньше зависело от воздействия различных систем обработки почвы Но, тем не менее, почвозащитные системы обработки имели некоторое преимущество в содержании этих элементов, чем при постоянной вспашке.

Засоренность почвы и посевов. Одним из факторов, снижающих урожай сельскохозяйственных культур, является степень засоренности полей. В системе мер борьбы с сорняками существенное значение имеет основная обработка почвы, эффективность которой зависит от условий залегания и способности прорастания семян сорняков (Т.С.Мальцев, 1954; П.К.Иванов, 1961). Проведенный учет семян сорняков на склоне 2,5° позволяет отметить, что при вспашке основная масса семян сорняков располагалась в верхнем слое почвы, где имеются благоприятные условия для их накопления и прорастания. Комбинированная система обработки почвы, состоящая из поверхностного лущения агрегатом КГП11-5+БИГ-ЗА с последующей основной обработкой плугами со стойками СибИМЭ на 25-27 см в сочетании с глубокой вспашкой в севообороте, способствовало тому, что жизнеспособность семян сорняков заметно уменьшалось, что приводило к очищению почвы от них. Применение гребнекулисной отвальной и безотвальной систем обработки почвы наилучшим образом повлияло на уменьшение количества семян сорняков по всему пахотному горизонту (7,72 и 5,40 тыс.шт/м2), что позволяло более успешно вести борьбу с сорняками. Изучение засоренности посевов на склоне 2,5° показало, что на удобренном фоне наименьшее количество как малолетних, так и многолетних сорняков отмечалось на комбинированной и гребнекулисной отвальной системах обработки почвы (24,3 и 22,2 шт./м2). На неудобренном фоне наибольшая засоренность отмечалась на вспашке (30,0 шт/м2).

Урожайность сельскохозяйственных культур. Для сравнения эффективности различных систем обработки почвы основным показателем являлся фактический урожай. Из приведенных данных можно констатировать, что условия для вегетации сельскохозяйственных культур лучше складывались на почвозащитных системах обработки, что сказалось и на урожае. В занятых парах при

возделывании вико-овса на склоновых землях комбинированная система обработки почвы плугами со стойками СибИМЭ на 25-27 см с предварительным лущением стерни агрегатом КПШ-5+БИГ-ЗА, а также гребнекулисная вспашка плугами со стернеукладчиком повысили запасы влаги весной, что сказалось на повышении урожайности. На удобренном фоне урожай зеленой массы вико-овса составил 146,5 и 139,8 ц/га, что на 20,4 и 13,7 ц/га больше, чем на вспашке. Особенно реагируют на обработку почвы озимые культуры. Поверхностная обработка комбинированным агрегатом (КПШ-5+БИГ-ЗА) + каток оказалась более эффективной, чем вспашка на 20 см и позволила накопить влаги на 12-13 мм больше, что повлияло на увеличение урожайности. На удобренном фоне на гребнекулисной и комбинированной системах обработки почвы в 1992 г. был получен наиболее высокий урожай озимой ржи - 40,0 и 39,7 ц/га, а на вспашке - 36,9 ц/га. На неудобренном фоне урожай был меньше, однако и здесь он был выше по почвозащитным системам обработки.

Яровая пшеница сформировала довольно высокий урожай. Но сложные погодные условия в течение всего вегетационного периода и повышенная засоренность на почвозащитных вариантах отрицательно повлияли на урожайность. Так, при вспашке на удобренном фоне урожай составил 37,1 ц/га, а на комбинированной и гребнекулисной системах обработки - 36,4 и 34,2 ц/га.

Урожайность ячменя по всем почвозащитным системам обработки имела преимущество по сравнению со вспашкой. При минимальной обработке урожайность составила 46,8 ц/га, а при гребнекулисной вспашке - 46,7 ц/га, что на 4,4-4,3 ц/га больше, чем на контроле. На неудобренном фоне урожай ячменя был значительно ниже (табл. 8).

Таблица 8

Урожайность сельскохозяйственных культур _на склоне 2,5° южной экспозиции_

Системы обработки почвы Изучаемые фоны Урожайность, ц/га

вико-овес, 1991 г. оз.рожь, 1992 г. яр.пше-ница, 1993 г. ячмень, 1994 г.

Отвальная удобренный неудобренный 126,1 124,5 36,9 29,9 37,1 31,3 42.4 32.5

Комбинированная удобренный неудобренный 146,5 123,8 39,7 37,1 36,4 26,9 44,2 33,6

Минимальная удобренный неудобренный 126,2 118,7 40,0 35,5 30,8 26,1 46,8 30,8

Гребнекулисная отвальная удобренный неудобренный 139.8 121.9 39.4 33.5 34,2 27,4 46,7 33,1

Гребнекулисная безотвальная удобренный неудобренный 122.4 116.5 40.0 34.1 31,1 24,9 45.0 30.1

НСР0,05 ± Ц/га по обработке почвы по фонам 9,5 6,0 2,0 3,3 2,7 1,7 4,6 2,9

По основным элементам структуры урожая почвозащитные системы обработки также имели лучшие показатели и согласуются с уровнем фактической урожайности.

Экономическая эффективность систем обработки почвы. Важнейшим критерием оценки почвозащитных систем обработки почвы являлась экономическая эффективность. При возделывании вико-овса на склоне 2,5° на комбинированном и гребнекулисном вариантах себестоимость снизилась на 12-16%, а чистый доход увеличился на 30% по сравнению со вспашкой. На вариантах с поверхностной обработкой (КПШ-5+БИГ-ЗА) + каток под озимую рожь себестоимость понизилась на 12-13%, а чистый доход увеличился на 21-25% по сравнению с постоянной вспашкой.

Экономические показатели по яровой пшенице несколько изменились ввиду снижения урожайности на почвозащитных вариантах, поэтому себестоимость увеличилась на 5-14%, а доход понизился на 8-30%. При возделывании ячменя лучшим в экономическом отношении был вариант с гребнекулисной обработкой, где себестоимость снизилась на 5-17%, а чистый доход повысился на 10-37% по сравнению со вспашкой.

Таким образом, на склоновых агроландшафтах наиболее почвозащитными, ресурсосберегающими и продуктивными системами основной обработки почвы являются: комбинированная, состоящая из поверхностного лущения агрегатом КПШ-5+БИГ-ЗА на 8-10 см с последующей основной обработкой плугами со стойками СибИМЭ на 25-27 см в сочетании с глубокой вспашкой, а также гребнекулисная вспашка плугами со стернеукладчиками на 25-27 см. При этом, по сравнению с постоянной вспашкой, увеличились запасы воды в снеге на 6,012,7 мм, дополнительно накопилось 20-31 мм почвенной влаги, смыв почвы сократился в 2 раза, повысилась биологическая активность почвы на 4,4-8,3%, уменьшилась засоренность посевов на 5-25%, увеличились запасы питательных элементов и количество водопрочных агрегатов на 3,1-6,6%, что в итоге способствовало повышению урожайности вико-овса на 13,7-20,4 ц/га, озимой ржи на 2,5-2,8 ц/га, ячменя на 4,3-4,4 ц/га.

3.2. Ландшафтное районирование, почвозащитное и водорегулирующее значение лесных полос и гидросооружений

При переходе на адаптивно-ландшафтные системы земледелия предусматривается типизация агроландшафтов с оптимизацией соотношения угодий, размещением по ландшафтному принципу мелиоративных и хозяйственных сооружений с максимальным учетом особенностей рельефа и почв.

Центральной задачей, по мнению А.И. Шабаева (2003), является конструирование и освоение оптимальных экологически устойчивых агроценозов и рациональное использование биоэнергетического потенциала конкретных территорий за счет более высокой адаптации систем земледелия на уровне типов агроландшафтов. Для условий Поволжья им выделены следующие основные типы агроландшафтов: 1 - плакорно-равнинный полевой; 2 - склоново-ложбин-ный почвозащитный; 3 - склоново-овражный буферно-полосной; 4 - балочно-овражный контурно-мелиоративный; 5 - крутосклоновый-лесолуговой; 6 -пойменно-водоохранный; 7 - мелиоративно-ирригационный; 8 - противодеф-ляционный. Каждому типу агроландшафта соответствует шкала эрозионной опасности, категории земель и максимально допустимый процент пашни.

В Ульяновской области соотношение типов агроландшафтов представлено: плакорно-равнинный - 33,9%, склоново-ложбинный - 40,6%, склоново-овраж-ный - 16,4%, балочно-овражный - 6,1%, крутосклоновый лесолуговой - 1.9% и пойменный - 1,1%.

В выделенных типах агроландшафтов почвозащитная направленность реализуется созданием надежных экологических каркасов, ограничением площади пашни и дифференцированным применением способов обработки почвы.

В противоэрозионном комплексе на ландшафтной основе в ОПХ «Новоникулинское» система лесных насаждений является основным элементом при конструировании типов агроландшафтов. Эффективность системы лесных полос, состоящей из главной породы - березы бородавчатой, оценивалась на трех типах агроландшафтов: плакорно-равнинном, склоново-ложбинном и склоново-овражном. Установлено, что в зоне влияния лесных насаждений во всех типах агроландшафтов в среднем за 4 года (2000-2003 гг.) запасы воды в снеге увеличились от 6,8 до 33,5 мм. Запасы продуктивной влаги весной 1996 г. вблизи лесной полосы были наибольшими: 159,1-180,0 мм, к середине поля шло снижение запасов влаги. В межполосном пространстве в среднем за 3 года (19961998 гг.) накопилось нитратного азота в слое 0-30 см: весной - на 28-34%, а осенью на 24-42% больше, чем на участках без лесных насаждений. Лесные полосы снижали поверхностный сток и смыв почвы с полей. В среднем за 3 года наименьший сток был на зяби, обработанной поперек склона (7,1 мм) при коэффициенте стока 0,08, а максимальный - с лесного массива - 39,5 мм при коэффициенте 0,252. Запас продуктивной влаги в метровом слое почвы повышался в среднем по трем типам агроландшафтов на 18,9-34,1 мм. На плакорно-равнинном агроландшафте прибавка урожая под влиянием лесных полос составила: яровой пшеницы от 1,0 до 8,8 ц/га, ячменя - на 5,2 ц/га, зеленой массы кукурузы - на 128,0 ц/га. При этом условно чистый доход был выше на 200-610 руб./га, а себестоимость полученной продукции на 18-31% ниже, чем на середине поля, где влияние лесополос было минимальным (Рис. 1.).

Рис. 1. Экономическая эффективность лесных полос в различных типах агроландшафтов

Снежные отложения, задержанные лесными насаждениями, являются основным источником влаги в неблагоприятные по влагообеспеченности годы. Накопление запасов продуктивной влаги в почве осуществляется главным образом за счет зимних осадков, количество которых достигает в отдельные годы 100 мм и выше. Однако такое снегоотложение на водосборах может привести к значительному смыву почвы в период активного снеготаяния.

Смыв почвы, вызываемый стоком талых вод, зависит, прежде всего, от состояния почвенного покрова, крутизны склона, экспозиции, условий снеготаяния и многих других факторов (Г.Н. Швебс, 1974; А.П. Дедков, 1970).

Анализ стока и смыва почвы на зяби, обработанной поперек и вдоль склона, показал, что направление вспашки существенно повлияло на эти показатели. Так, за период 1996-2000 гг. с зяби, обработанной вдоль склона, сформировался умеренный сток. Средняя его величина составляла 25,4 мм при коэффициенте стока 0,236, тогда как средний сток с зяби, обработанной поперек склона, был ниже в 3,6 раза при коэффициенте стока 0,083. Смыв почвы на зяби вдоль склона был в 6 раз выше, чем с зяби, обработанной поперек склона, и составил в среднем за три года 644,9 кг/га. С уплотненной пашни (многолетние травы - люцерна, озимые, необработанный участок) формировался значительный сток даже в маловодные годы. В среднем за эти годы с многолетних трав он составил 27,8 мм, с озимых - 14,1 мм, а с необработанного участка - 16,9 мм. Однако смыв почвы, учтенный по твердому стоку, оказался на всех вариантах незначительным и колебался от 98,8 до 163,5 кг/га, что свидетельствует о высокой почвозащитной эффективности этих агрофонов.

Проведенная оценка выноса растворимых элементов питания со стоком талых вод с различных сельскохозяйственных угодий показала, что потери их значительные на всех агрофонах. Максимальный суммарный вынос растворимых форм азота, фосфора и калия с жидким стоком наблюдался по вспашке вдоль склона и равнялся 40,7 кг/га, а с зяби, обработанной поперек склона, был в 4 раза ниже и составил 10,1 кг/га. С поля многолетних трав отмечался значительный вынос питательных веществ, который составил 38,9 кг/га, большая часть из которых приходится на азот (до 57%), что характерно для бобовых культур.

Полезащитные лесные полосы не способны в полной мере приостановить сток и эрозию. Особенно на склоново-ложбинном и склоново-овражном типах агроландшафтов, поэтому требуется создание дополнительных рубежей первого и второго порядка по задержанию талых вод и предотвращению эрозии почвы на водосборах.

Исследованиями была отмечена более высокая стокорегулирующая и почвозащитная эффективность валов-террас в комплексе с лесными насаждениями на склоново-ложбинном типе агроландшафта. В среднем за три года они задержали 2,58 т/га мелкозема, а смыв на этом варианте по твердому стоку сократился до допустимых пределов (0,80 т/га).

На склоновых землях эффективны водозадерживающие валы, что подтверждается экспериментальными материалами проведенных нами исследований. Так, в результате 24-летней эксплуатации земляного вала, построенного на пашне у вершины оврага на склоново-овражном типе агроландшафта, отложи-

лось перед валом 860,4 тонны мелкозема. В результате этого прудок у вала за эти годы заилился на 35%. Проведенными исследованиями установлено, что ежегодный смыв почвы с водосбора в прудок составил 2,9 тонны с гектара.

Описание почвенных разрезов на этом водосборе показывает, что мощность гумусового горизонта в середине склона составила 46 см, в то время как в приводораздельной части склона она равна 52 см, а у основания вала значительно увеличилась (до 125 см), в результате чего произошло естественное вы-полаживание склона. Достаточно эффективным и доступным элементом борьбы с эрозией почв, вызываемым ливневыми осадами, являются буферные полосы. В 1998 году буферные полосы из викоовсяной смеси, посеянные на чистых парах на склоново-ложбинном типе агроландшафта, способствовали значительному уменьшению смыва почвы в летний период. С водосборной площади 38 га буферными полосами был предотвращен смыв почвы в количестве 2,6 т/га.

Таким образом, система лесных полос и создание дополнительных рубежей первого и второго порядка на водосборах являются основным элементом при конструировании типов агроландшафтов, и оказывает положительное влияние на экологические показатели и повышение урожайности на прилегающих полях.

3.3. Источники загрязнения агроландшафтов тяжелыми металлами и приемы их детоксикации

С целью организации мониторинга состояния почвенного покрова в системе почва-растение в зоне влияния автомагистрали нами изучена закономерность загрязнения почв и растений ТМ, и разработаны приемы детоксикации. В качестве детоксикантов изучались наиболее доступные приемы: известкование почвы и внесение цеолитов, источником которых служат местные месторождения.

В годы проведения исследований погодные условия и естественный уровень плодородия на контроле обеспечили урожайность зеленой массы кукурузы 274,0 ц/га, ячменя - 41,4 ц/га, викоовсяной смеси - 245,8 ц/га, яровой пшеницы - 25,7 ц/га (табл. 9).

Таблица 9

Урожайность сельскохозяйственных культур в опытах (среднее за 1994-1998 гг.)

Культура Абс. контроль ИэоРбоК* фон Фон + известь Фон + цеолит

1 т/га 2,5 т/га 5 т/га 2,5 т/га 5 т/га

1. Кукуруза 274,0 302,0 309,0 292,0 295,0 301,0 305,0

2. Ячмень 41,4 40,9 39,8 44,0 41,8 42,3 43,6

3. Вико-овес 245,8 257,0 261,3 277,4 267,8 263,4 270,5

4. Яр.пшеница 25,7 28,4 - 27,3 27,6 27,5 28,2

1. НСРо.о5- 31,0 ц, 2. НСРо,о5- 2,10 ц., 3. НСР0,0з- 24,6 ц, 4. НСР0.05- 2,05 ц.

Наибольшую урожайность зеленой массы кукурузы обеспечили варианты фон + известь 1 т/га, фон + цеолит 5 т/га - 309 ц/га и 305 ц/га против 274 ц/га на абсолютном контроле. Примерно такая же картина наблюдалась на ячмене и зеленой массе вико-овса. Наибольшая урожайность яровой пшеницы отмеча-

25

лась на варианте ^оРбоКад - фон и фон + цеолит 5 т/га - 28,4 и 28,2 ц/га соответственно. По итогам исследований установлено, что наибольшую урожайность дал вариант фон + цеолит 5 т/га.

Элементный химический состав сельскохозяйственных культур показал, что содержание ТМ в основной и побочной продукции изучаемых культур можно контролировать различными способами: подбором культур, внесением мелиорантов, в том числе и цеолитов Майнского месторождения.

Экологический мониторинг земель в ОПХ «Новоникулинское», проведенный в 1996-1998 гг., выявил, что в 1996 г. в летний период на всех изучаемых объектах содержание тяжелых металлов (ТМ) не превышало предельно допустимых концентраций (ПДК), в 1997 г. было повышенное содержание в снеге по никелю в 1215 раз, по кадмию - в 3 раза, а в 1998 г. также по никелю в 10 раз. Это позволяет предположить, что источниками поступления ТМ являются осадки в виде дождя и снега. При изучении содержания ТМ в зерне яровой пшеницы, гречихи, гороха и ячменя оказалось, что показатели свинца, кадмия и цинка не превышали пороговых значений. Превышение по меди, никелю и хрому наблюдалось в зерне всех изучаемых культур. К неблагоприятным факторам следует отнести загрязнение воды и почвы солями подвижных питательных веществ. Проведенный отбор воды и снега в среднем за 1996-1998 гг. показал, что наименьшее содержание подвижных форм ЫРК было в снеге и грунтовых водах (Ъ103 - 0,16-0,33; Р205 - 1,70-2,12; К2О - 0,52-1,56 мг/л). Однако в весеннем стоке содержалось более высокое количество нитратного азота (3,35 мг/л), чем в зимних осадках. Это связано с тем, что шел интенсивный смыв питательных веществ со стоком.

4. Модели адаптивно-ландшафтных систем земледелия в лесостепи Среднего Поволжья, опыт их освоения на примере ОПХ «Новоникулинское»

В 1968 г. В Ульяновском НИИСХ был заложен крупномасштабный эксперимент по разработке и внедрению адаптивно-ландшафтных систем земледелия с противоэрозионным комплексом на базе ОПХ «Новоникулинское». На основе многолетних исследований по почвозащитным технологиям на склоновых аг-роландшафтах нами сформированы принципиальные подходы к формированию адаптивно-ландшафтных систем земледелия, предложены их модели применительно к лесостепи Среднего Поволжья.

Противоэрозионный комплекс ОПХ «Новоникулинское» включает следующие элементы: правильную противоэрозионную организацию земельной территории; создание системы противоэрозионных лесных насаждений, водоотводя-щих валов; почвозащитную обработку эродированных земель; укрепление вершин действующих оврагов строительством гидротехнических сооружений.

На полях создана система противоэрозионных лесонасаждений, площадь которых составляет 350 га или около 3% всей земельной территории. Они распределены на следующие категории: полезащитные - 111,0 га, водорегулирующие - 134,6 га, овражно-балочные - 104,4 га. Система лесомелиоративных мероприятий на всех типах агроландшафтов оказалась экономически выгодным ме-

роприятием и может успешно применяться в агроландшафтах лесостепи Среднего Поволжья. Расчеты энергетической эффективности показали, что затраты техногенной энергии при возделывании яровой пшеницы на всех типах агроланд-шафтов были одинаковыми. Разница на поле, на различном удалении от лесополосе была незначительна. Больше затрат техногенной энергии складывалось там, где было получено больше продукции, и где требовалось дополнительно энергии на транспортировку продукции. Однако коэффициент энергетической эффективности на плакорно-равнинном типе агроландшафта был выше, чем на склоново-ложбинном и склоново-овражном. В среднем по полю он составил 3,30, тогда как на склоново-ложбинном - 2,20 и склоново-овражном 1,35 (табл. 10).

Таблица 10

Энергетическая эффективность возделывания яровой

пшеницы в агроландшафтах (1995-2002 гг.)_

Плакорно- равнинный Склоново-ложбинный Склоново- овражный

затраты коэфф. затраты коэфф. затраты коэфф.

Расстоя- техноген- энергети- техноген- энергети- техноген- энергети-

ние от л/п ной энер- ческ. эф- ной энер- ческ. эф- ной энер- ческ. эф-

гии, тыс. фективн. гии, тыс. фектен. гии, тыс. фектен.

МДж/га биомассы МДж/га биомассы МДж/га биомассы

40-50 33,3 3,08 32,3 2,28 31,8 1,74

115-145 33,2 3,01 32,1 2,09 31,5 1,49

190-240 33,0 2,89 32,1 2,04 31,0 1,01

115-145 34,3 3,95 32,4 2,37 31,3 1,25

40-50 33,8 3,56 32,3 2,24 31,3 1,25

Среднее 33,5 3,30 32,2 2,20 31,4 1,35

При детальном изучении почвозащитных севооборотов на склоново-овражном типе агроландшафта выявлено, что помимо высокой защищенности от эрозии, они способствуют стабильному воспроизводству плодородия. Введение в севооборот многолетних бобовых трав значительно улучшает обстановку с балансом органического вещества. При минерализации гумуса в количестве 333 кг/га, восстановление его за счет только растительных остатков составляет 500 кг/га.

На средне- и сильносмытых землях со сложными склонами применяют почвозащитные севообороты с полосной и контурно-буферной организацией территории. Полосы многолетних трав и озимых чередуются через 50-150 м с полосами яровых зерновых и однолетних трав. На землях с интенсивностью смыва до 25 т/га в год с выраженной ложбинностью проводится сплошное залужение многолетними травами и используют их в течение 5-8 лет.

Полученные результаты использовались нами при конструировании моделей адаптивно-ландшафтных систем земледелия для трех наиболее распространенных типов агроландшафтов в лесостепи Среднего Поволжья (Рис. 2.).

\>А-

-лй." -V

Рис 2 . Карта

распределении начошых к1 мель по пшам ландшафюн в '-V .. ОПХ «Новоникулинское»

\ ^ .Л-^-'! ...............I склоново - ло

-равнинный полевой

\ а ^

ложбинный почвозащитный

пойменно-водоохранный кормовой

Наименование техио-экономических параметров Ел. изм. До внедрения После 1 внедрения

Ряспаханность % 90 74

Площадь лесополос 1а 45 350

Площадь почвозащитных севооборотов % 10 30

I. Модель системы адаптивно-ландшафтного земледелия для плакорно-равнинного типа агроландшафта предусматривает системное размещение полезащитных лесных полос ветропродуваемой конструкции по границам полей, 7-9-польные севообороты, чередование отвальных, безотвальных и поверхностных обработок почвы в севооборотах, измельчение и запашку соломы зерновых культур.

II. Модель системы адаптивно-ландшафтного земледелия для склоново-ложбинного типа агроландшафта включает системное расположение водорегулирующих лесных полос ветропродуваемой конструкции по траницам полей, создание по опушке лесной полосы напашиых земляных валов высотой 0,5 м, создание напашных валов-террас высотой 0,3-0,5 м, расположенных точно по горизонтам и рассчитанных на полное задержание осадков. Создаются также водоотводные наклонные валы, рассчитанные на безопасный (без размыва почвы) отвод невпитавшихся талых вод в лесополосы. Как установлено нами, валы-террасы способны предотвратить смыв почвы до 8 тонн с 1 га. Для предотвращения смыва почвы в летний период ливневыми дождями эффективны буферные полосы из многолетних или однолетних трав (ширина 18-20 м), предотвращающие смыв почвы до 2,6 тонны с 1 га.

III. Модель системы адаптивно-ландшафтного земледелия для склоново-овражного типа агроландшафта предусматривает системное расположение водорегулирующих лесных полос через 400 м, создание напашных земляных валов высотой 0,5 м по опушке лесной полосы, создание валов-террас на полях, находящихся на расстоянии друг от друга 100-150 м, высотой 0,5 м, строительство водозадерживающего насыпного земляного вала высотой 1,21,3 м у основания склона, введение зернотравяных севооборотов с короткой ротацией. Защищенность полей зернотравяных севооборотов при этом достигла 66%. При детальном изучении зернотравяного севооборота выявлено, что помимо высокой защищенности от эрозии, он способствует стабильному воспроизводству плодородия. Введение в севооборот многолетних бобовых трав значительно улучшает обстановку с балансом органического вещества. Так, при минерализации гумуса в количестве 333 кг/га, восстановление гумуса за счет только растительных остатков достигло 500 кг/га.

Внедрение противоэрозионного комплекса на ландшафтной основе в ОПХ «Новоникулинское» позволило полностью приостановить процесс деградации почв на территории хозяйства. Площадь земель, не подверженная эрозии, сократилась за период с 1968 по 1996 гг. в 2 раза, потенциальная предрасположенность к водной эрозии снизилась с 1953 га до 330 га, совместная ветровая и водная эрозия прекратились полностью. Содержание гумуса в средней и нижней части склона в 2000 г. увеличилось на 0,2-0,4% по сравнению с 1971 г., содержание подвижных форм фосфора - на 0,5-0,7 и обменного калия - на 2,5-5,9 мг/100 г почвы. Улучшились агрофизические свойства на склоновых землях; увеличилась водопроницаемость почв, которая по вспашке составила 1,82 мм/мин, а по почвозащитной обработке - 2,12 мм/мин. Количество водопрочных агрегатов в пахотном слое возросло на 1,1-7,9%. Все это положительно сказалось на экологической обстановке и гидрологическом режиме территории.

В результате продуктивность сельскохозяйственных угодий возросла более чем на 40%, при этом урожайность зерновых увеличилась с 13,0 ц/га в 1960-1965 гг. до 23,2 ц/га в 1990-1993 гг. В почвозащитной системе земледелия в ОПХ «Новоникулинское» распаханность сельскохозяйственной территории составила 74% или уменьшилась на 16%, площадь почвозащитных севооборотов увеличилась до 30%.

В настоящее время системы земледелия на ландшафтной основе внедрены в 7 хозяйствах области, а в 25 хозяйствах эта работа близка к завершению. В результате освоения основных элементов ландшафтных систем земледелия в среднем за 1992-2003 годы урожайность зерновых культур в этих хозяйствах составила 24,4 ц/га, в то время как в среднем по области 17,2 ц/га. В хозяйствах, где не завершено полностью освоение ландшафтных систем земледелия, урожайность составила 22,0 ц/га или на 4,8 ц/га выше среднеобластных показателей.

ВЫВОДЫ

1. Агроэкологические особенности черноземных почв лесостепи Среднего Поволжья (засушливость климата, наличие склоновых земель, усиление процессов деградации почв) определяют необходимость применения почвозащитных систем земледелия на принципах адаптивно-ландшафтного природопользования с экологически сбалансированными агроэкосистемами, обеспечивающими ¡к1 пучение высоких и устойчивых урожаев, защиту почв от эрозии при одновременном повышении почвенного плодородия.

2. На плакорно-равнинном типе агроландшафта лесостепи Среднего Поволжья наиболее продуктивны зернопаровые и зернопаропропашные севообороты с чистыми и занятыми парами. Выход зерна с 1 га пашни в севообороте с чистым паром составил 22,0 ц/га, а при введении дополнительного звена с посевом озимых по гороху - 24,5-25,8 ц/га. В хозяйствах с высокой культурой земледелия высокую эффективность имеют плодосменные севообороты с полем люцерны или донника, гороха и горохо-ячменной смеси на зерно. Сбор зерна повысился на 18-19%, всей продукции в ц кормопротеиновых единиц на 13-20%, сбор протеина увеличился на 24-41%, чистый доход - на 14-24%, а рентабельность возросла на 36-42%.

В лесостепи Среднего Поволжья севообороты, построенные по принципу плодосмена с высоким удельным весом многолетних трав, с занятыми и сиде-ральными парами, обеспечивают рост продуктивности пашни без снижения почвенного плодородия.

В эрозионно-опасном склоново-ложбинном типе агроландшафта замена в севообороте чистого пара - занятым; пропашных культур - зерновыми повышает защищенность территории до 53%; на склоново-овражном типе (уклоны 3-5°) - введение в севооборот двух-трех полей многолетних трав обеспечивает защищенность почвы до 66-76% и формирует положительный баланс гумуса.

3. В агроландшафтных системах земледелия возрастает агроэкологическая роль почвозащитных систем основной обработки почвы в создании оптимальных агрофизических, агрохимических и биологических свойств и фитосаншарного состояния посевов. В условиях плакорно-равнинного типа агроландшафта

лесостепи Среднего Поволжья выявлено преимущество комбинированных систем с сочетанием отвальных, безотвальных и поверхностных обработок, которые обеспечили оптимальное сложение почвы в пределах 1,0-1,11 г/см3 после посева и 1,1-1,18 г/см3 - после уборки сельскохозяйственных культур. Повысилась доля агрономически ценных агрегатов на 2,7-7,4%, особенно на посевах яровой пшеницы и ячменя. Рациональное сочетание в севообороте отвальных и безотвальных способов обработки способствовало очищению почвы от семян сорняков на 20,9%. Комбинированная система обработки снизила себестоимость продукции на 10%, а условно-чистый доход увеличился на 6,4% по сравнению с постоянной вспашкой.

Наиболее эффективными системами обработки почвы в занятых парах являются: минимальная обработка комбинированным агрегатом КПШ-5+БИГ-ЗА+ЗККШ-6А на 8-10 см, а также послеуборочное лущение дисковыми боронами БД-10 на 6-8 см с последующей обработкой бороной БИГ-ЗА, которые позволили накопить больше продуктивной влаги на 6,9-8,1 мм, очистить почву от сорняков, повысить урожайность озимой ржи на 1,9-5,9 ц/га по сравнению со вспашкой. В плакорно-равнинном агроландшафте при подготовке почвы под яровую пшеницу после озимой ржи эффективна гребнекулисная вспашка плугом со стернеукладчиком на 25-27 см или КПШ-5+БИГ-ЗА на 8-10 см + безотвальная обработка плугами со стойками СибИМЭ на 25-27 см, а под ячмень после яровой пшеницы комбинированная (лущение ЛДГ-10+вспашка на 25-27 см). Это позволило повысить урожайность яровой пшеницы и ячменя на 2,1 и 1,9 ц/га соответственно.

4. Наиболее эффективными системами основной обработки почвы в скло-ново-ложбинном типе агроландшафта являются гребнекулисная отвальная вспашка плугом со стернеукладчиком на 25-27 см, а также комбинированная, предусматривающая проведение в звене севооборота отвальной, безотвальной и поверхностной обработок. При таких системах обработки себестоимость 1 ц продукции снизилась на 3,8-18,5%, затраты техногенной энергии сократились на 0,7-3,1%, а условно чистый доход увеличился на 4,8-8,0% по отношению к вспашке.

Системы основной обработки почвы, состоящие из послеуборочного лущения комбинированным агрегатом КПШ-5+БИГ-ЗА с последующей безотвальной обработкой плугами со стойками СибИМЭ на 25-27 см или гребнеку-лисной вспашкой на 25-27 см, за счет меньшего распыления обрабатываемого слоя и улучшения качества обработки почвы увеличили запасы продуктивной влаги в почве на 20-31 мм, повысили биологическую активность почвы на 2,24,0% и обеспечили повышение урожайности зеленой массы вико-овса на 13,720,4 ц/га, озимой ржи на 2,5-2,8 ц/га, ячменя на 4,3-4,4 ц/га по сравнению с ежегодной вспашкой.

5. Применение на склоновых агроландшафтах почвозащитных систем обработки почвы улучшило экологическое состояние поля и способствовало стабилизации почвенного покрова.

Поверхностный сток за последние 27 лет (1969-1996 гг.) находился в пределах от 1,3 до 25,8 мм при коэффициентах стока от 0,075 до 0,516. За эти годы

сток с уплотненной пашни (без осенней обработки) составил 40,2 мм, а на зяби - 8,3 мм. Комбинированная и гребнекулисная системы обработки почвы увеличили запасы воды в снеге на 6,0-6,9 мм, снизили сток на 0,6-0,7 мм, смыв - на 220-240 кг/га.

6. Система лесных полос является основным элементом экологического каркаса при конструировании противоэрозионного комплекса по типам агро-ландшафтов. Защитные лесные насаждения на водосборах оказывают положительное влияние на повышение урожайности на прилегающих полях на расстоянии равном 15-17 кратной высоте лесных полос. В зоне действия лесных полос наблюдалось равномерное распределение снежного покрова, повышение увлажнения почвы на 23,5- 48,0 мм, улучшение биологической активности почвы на 2,3-13,8%, что обеспечило повышение урожайности зерновых культур на 2,3-5,7 ц/га, по сравнению с зоной вне влияния лесных полос.

7. Подтверждена высокая экономическая и энергетическая эффективность лесных полос. Особое значение в системе мер защиты почв имело совместное лесомелиоративное влияние лесных полос в комплексе с простейшими гидротехническими сооружениями (валы-террасы, водозадерживающие валы), которые задерживают смыв почвы с водосборов до 2,58 т/га. Поэтому при разработке адаптивных почвозащитных систем земледелия следует ориентироваться на совместное агролесогидромелиоративное обустройство территории.

В борьбе с водной эрозией и оврагообразованием эффективны водозадерживающие земляные валы. Построенные на пашне у вершин действующих оврагов, они не только приостанавливают дальнейший их рост, но и задерживают весь сток талых вод с прилегающих водосборов и превращают его во внутри-почвенную влагу. При этом в среднем за 25 лет эксплуатации водозадержи-вающего земляного вала ежегодный смыв почвы снизился на 2,9 т/га.

8. Анализ воздействия промышленности и автотранспорта на окружающую среду показал, что в зоне их влияния имеет место накопление тяжелых металлов в изучаемых сельскохозяйственных культурах в концентрациях, выше допустимых: в зерне яровой пшеницы содержание Си, N1 и Сг превышало допустимую норму в 1,4-2,0; 1,2-2,7 и 2,0-3,4 раза соответственно, а в зеленой массе вико-овса в 1,8-2,7; 1,1-1,6 и 4,0-8,8 раза соответственно. В процессе детокси-кации тяжелых металлов в первую очередь должны использоваться наиболее доступные, биологические приемы защиты растений: посадка лесных полос вдоль источников токсикации, использование органических удобрений и мелиорантов - извести и цеолитов, которые способствовали снижению их токсичности до 35-38%, а также регулярный экологический мониторинг земель.

9. Осуществленный крупномасштабный эксперимент по разработке принципиально новой модели ведения земледелия на адаптивно-ландшафтной основе в созданном противоэрозионном комплексе в ОПХ «Новоникулинское», позволил полностью предотвратить на всей территории хозяйства развитие эрозионных процессов и оврагообразования; приостановлены процессы деградации почв; коренным образом изменился гидрологический режим территории.

Успешное функционирование противоэрозионного комплекса с высоким экономическим результатом и быстрая окупаемость затрат свидетельствуют о

большой практической значимости предлагаемых мер по совершенствованию системы земледелия. Разработанные модели систем земледелия по типам агро-ландшафтов, придают им экологическую направленность и повышают уровень адаптации, что обеспечивает улучшение плодородия почв, рост продуктивности угодий и экологическую безопасность агроэкосистем.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

Для повышения уровня адаптации земледелия, улучшения плодородия почв и повышения продуктивности угодий для черноземных почв лесостепи Среднего Поволжья разработаны дифференцированные экологически безопасные модели почвозащитной системы земледелия.

Модель системы земледелия для плакорно-равнинного типа агроландшаф-та включает полезащитные лесные полосы по границам полей, полевые 6-8 польные севообороты с чистым паром, в которых возделываются отзывчивые на плодородие культуры: сахарная и кормовая свекла, гречиха, кукуруза, картофель, озимая и яровая пшеница. Основная обработка почвы предусматривает чередование отвальных, безотвальных и поверхностных обработок. Для пополнения почвы органическим веществом солому, малоценную в кормовом отношении, следует измельчать и запахивать. Максимальная площадь распаханных земель не должна превышать 75% от общей.

Модель системы земледелия для склоново-ложбинного типа агроландшаф-та состоит из размещения водорегулирующих лесных полос по границам полей. По опушке полей создаются напашные земляные валы высотой 0,5 м. В 5-6-польных севооборотах с занятым или сидеральным паром возделываются озимая рожь, овес, ячмень, горох, подсолнечник, однолетние и многолетние травы. Применяется дифференцированная почвозащитная система обработки почвы с элементами минимализации. Для предотвращения смыва почвы в летний период ливневыми дождями на парах создаются буферные полосы из многолетних или однолетних трав (ширина 18-20 м), предотвращающие смыв почвы до 2,6 т/га. Площадь распаханных земель в структуре не должна превышать 60%.

В склоново-овражном типе агроландшафта модель системы земледелия представлена стокорегулирующими лесными полосами в сочетании с простейшими гидротехническими сооружениями. У основания водосборов создаются водозадерживающие земляные валы. Зернотравяные севообороты с двумя полями многолетних трав и одним полем озимых, состоящие из 4-5 полей, размещенные на данном типе агроландшафта, способны максимально защитить почву от эрозии в весенне-летний период. Защищенность полей зернотравяных севооборотов достигает 70%. Применяется дифференцированная почвозащитная обработка почвы под все культуры. Площадь распаханных земель не должна превышать 35-45% от общей.

РОС. НАЦИОНАЛЬНА},

библиотека ;

С.Петербург > 09 ЭМ мт '

33 —--- ^

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Немцев С.Н. Эффективность почвозащитных технологий на склоновых землях. //Аграрная наука - производству. Безенчук, 1993. - с. 38-39.

2. Немцев С.Н. Агроэкологическая эффективность почвозащитных технологий на склоновых землях. //Информационный листок № 186-94, - Ульяновск, 1994.

3. Немцев С.Н. Минимализация основной и предпосевной обработки почвы в пропашном звене севооборота. //Информационный листок № 189-94, УДК 631,51.-Ульяновск, 1994.

4. Немцев С.Н. Агроэкологическая эффективность почвозащитных технологий на склоновых землях. //Оптимизация применения удобрений и обработки почвы в условиях лесостепи Поволжья - Ульяновск, 1995. - с. 9-13.

5. Немцев С.Н. Особенности противоэрозионной обработки черноземных почв на склоновых землях Ульяновской области. //Итоги и перспективы исследований в области селекции, семеноводства и ландшафтно-экологического земледелия, - Саратов, 1995 - с.103-105.

6. Галиакберов А.Г., Немцев С.Н. Эффективность внесения соломы в почву. //Агро-информ. - 2003. - № 2. - с. 19-20.

7. Науметов Р.В., Немцев С.Н. Эффективность сидерального пара. //Материалы всероссийской научно-производственной конференции «Инновационные технологии в аграрном образовании, науке и АПК России» (часть III). - Ульяновск, 2003. - с. 104.

8. Немцев С.Н., Кузина Е.В. Энергосберегающая система обработки почвы под яровую пшеницу. //Материалы всероссийской научно-производственной конференции «Инновационные технологии в аграрном образовании, науке и АПК России» (часть III). - Ульяновск, 2003. - с. 110.

9. Немцев С.Н. и др. Особенности весенне-полевых работ и основные вопросы совершенствования земледелия. //Практические советы специалистам, механизаторам и фермерам по возделывания основных сельскохозяйственных культур в 2003 году (Под науч. ред. Н.С. Немцева) - Ульяновск, 2003. - с. 3-4.

10. Немцев С.Н. и др. Обработка невспаханных полей. //Практические советы специалистам, механизаторам и фермерам по возделывания основных сельскохозяйственных культур в 2003 году (Под науч. ред. Н.С. Немцева) -Ульяновск, 2003. - с. 7-8.

11. Немцев С.Н. и др. Обработка вспаханных полей. //Практические советы специалистам, механизаторам и фермерам по возделывания основных сельскохозяйственных культур в 2003 году (Под науч. ред. Н.С. Немцева) - Ульяновск, 2003.-с. 8-10.

12. Немцев С.Н. и др. Защита почв от эрозии в агроландшафтах. //Практические советы специалистам, механизаторам и фермерам по возделывания основных сельскохозяйственных культур в 2003 году (Под науч. ред. Н.С. Немцева) - Ульяновск, 2003. - с. 10-11.

13. Немцев С.Н. и др. Подготовка чистых и занятых паров, посев озимых. //Практические советы специалистам, механизаторам и фермерам по возделы-

вания основных сельскохозяйственных культур в 2003 году (Под науч. ред. Н.С. Немцева) - Ульяновск, 2003. - с. 48-50.

14. Немцев С.Н. и др. Система обработки почвы. //Практические советы специалистам, механизаторам и фермерам по возделывания основных сельскохозяйственных культур в 2003 году (Под науч. ред. Н.С. Немцева) - Ульяновск, 2003.-с. 50-52.

15. Немцев С.Н. и др. Агротехнические требования и регулировка почвообрабатывающих машин и орудий. //Практические советы специалистам, механизаторам и фермерам по возделывания основных сельскохозяйственных культур в 2003 году (Под науч. ред. Н.С. Немцева) - Ульяновск, 2003. - с. 52-56.

16. Немцев С.Н. Влияние обработки склоновых земель на накопление снега * и с ток талых вод. //Материалы международной научно-практической конференции «Агропромышленный комплекс: состояние, проблемы, перспективы». -Пенза, 2003. - с. 36.

17. Никитин С.Н., Немцев С.Н. Продуктивность гороха и овса в зависимости от предпосевной обработки семян биопрепаратами. // Материалы научно-практической конференции, посвященной 75-летию со дня рождения профессора Г.Б.Гольдина. - Пенза, 2003. - с.123.

18. Науметов Р.В., Немцев С.Н. Зелёные удобрения не уступают навозу. //Информационный листок № 1. - Ульяновск. 2003.

19. Галиакберов А.Г., Немцев С.Н. Эффективность внесения соломы в почву. //Информационный листок № 4. - Ульяновск. 2003.

20. Потушанский В.А., Тимергалиев И.Ф., Немцев С.Н. Озимая пшеница в лесостепи Поволжья: монография /под реценз. Н.С. Немцева -Ульяновск, 2003. - 86 с.

21. Карпович К.И., Захаров А.И., Немцев С.Н. Эффективность паров в лесостепи Среднего Поволжья: монография /под реценз. Н.С. Немцева - Ульяновск. 2003. - 24 с.

22. Тимергалиев И.Ф., Муканеев K.M., Немцев С.Н., Хакимов P.A. Оптимизация технологии возделывания озимой пшеницы и качество её зерна. //Зерновое хозяйство. - 2003. - № 8. - с. 16-17.

23. С.Н. Немцев, Р.В. Науметов, P.M. Байгулов, А.Г. Галиакберов, К.И. 1 Карпович, H.A. Дюмаева. Земледелие должно быть экономным. Под ред. Н.С. ^ Немцева - Ульяновск, 2003. - 20 с.

24.С.Н. Немцев, A.A. Байгулова, P.M. Байгулов, А.Г. Галиакберов, H.A. Дюмаева. Пути повышения эффективности кормопроизводства в условиях ры-

tf ночной экономики. Под ред. Н.С. Немцева - Ульяновск, 2003. - 27 с.

25. К.И. Карпович, А.И. Захаров, С.Н. Немцев. Эффективность паров в лесостепи Среднего Поволжья. Под ред. Н.С. Немцева, - Ульяновск, 2003. - 24 с.

26. С.Н. Немцев, И.Ф. Тимергалиев, Р.В. Науметов, А.Г. Галиакберов, H.A. Дюмаева, P.M. Байгулов. Повышение эффективности производства зерна. Под ред. Н.С. Немцева. - Ульяновск, 2003. - 23 с.

27. С.Н. Немцев, А.И. Захаров, Р.В. Науметов, А.Г. Галиакберов, H.A. Дюмаева, E.H. Гаврилов, Земледелие в согласии с природой. Под ред. Н.С. Немцева. - Ульяновск, 2003. - 58 с.

?

28. Цыганок С.И., Немцев С.Н. Определение содержания тяжелых металлов в почве и растениях в зависимости от удаленности от города Ульяновска. /'Материалы всероссийской научно-практической конференции «Адаптивные технологии производства почвенного зерна в засушливом Поволжье». — Саратов, 2004.-е. 187-189.

29. Немцев С.Н. Загрязнение тяжелыми металлами агроландшафтов в Ульяновской области и пути их решения. //Сборник материалов П Всероссийской научно-практической конференции «Химическое загрязнение среды обитания и проблемы , экологической реабилитации нарушенных экосистем». - Пенза, 2004. - с. 140.

30. С.Н.Немцев, Адаптация земледелия к природным и рыночным условиям: Монография. Под науч. ред. А.Г. Галиакберова. - Ульяновск, 2004. - 125 с.

31. Немцев С.Н. Почвозащитная обработка на склоне и урожай. //Сборник материалов Международной научно-практической конференции, посвященной 50-летию кафедры общего земледелия «Актуальные проблемы земледелия на современном этапе развития сельского хозяйства». - Пенза, 2004. - с. 156-157.

32. Немцев С.Н. и др. Ресурсосберегающие способы обработки почвы. //Энерго-ресурсосберегающие приемы возделывания зерновых культур. - Ульяновск, 2004, - с. 9-18.

33. Немцев С.Н. и др. Современные технологические комплексы возделывания зерновых культур. //Энерго-ресурсосберегающие приемы возделывания зерновых культур. - Ульяновск, 2004. - с. 18-23.

34. М.Ф. Каргин, С.Н. Немцев. Земледелие в междуречье Волги и Оки: возникновение и развитие: Монография /Под науч. ред. Н.С. Немцева, - Саранск, 2004. 192 с.

35. С.Н.Немцев. Эффективность лесных полос на различных типах агроландшафтов в черноземной лесостепи Среднего Поволжья. //Сборник докладов Международной научно-практической конференции «Агроэкологические функции органического вещества почв и использование органических удобрений и биоресурсов в ландшафтном земледелии». - Владимир, 2004. - с. 223-226.

36. Немцев С.Н. Экономическая эффективность обработки почвы в севообороте. //Земледелие, № 6.2004. - с. 14-15.

37. Карпович К.И., Немцев С.Н. Ресурсосберегающие технологии возделы- г вания сельскохозяйственных культур в черноземной лесостепи Ульяновской области. //Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук, № 6. 2004.-е. 30-33.

38. Немцев С.Н. Оптимизация агроландшафтов в черноземной лесостепи. ' //Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук, № 6.2004. - с. 36-38.

39. С.Н.Немцев. Агроэкологические основы почвозащитных систем земледелия в лесостепи Среднего Поволжья: Монография. Под реценз. А.И. Шабае-ва, В.А. Корчагина. - Ульяновск, 2005. - 240 с.

40. Немцев С.Н. и др. Пути повышения эффективности растениеводства Ульяновской области. Под науч. ред. Н.С. Немцева. - Ульяновск, 2005. - 79 с.

I %

*

Подписано к печати У 9.00.05 Формат бумаги 60x90 1/16

Б\ мага ксерокснзя Усл. печ. листов 2,0 Заказ № ЫИ-

Печать оперативная_Тираж 400 экз._

Ротапринт Ульяновского государственного педагогического университета им.И.Н.Ульянова 432700, Ульяновск, пл. 100-летия В.И. Ленина, 4.

РНБ Русским фонд

2006-4 16395

Содержание диссертации, доктора сельскохозяйственных наук, Немцев, Сергей Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ ЛЕСОСТЕПИ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

1.1. Почвенно-климатические условия лесостепи Среднего Поволжья.

1.2. Природные условия Ульяновской области.

ГЛАВА 2. АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО

ЗЕМЛЕДЕЛИЯ.-.

2.1. Влияние длительного антропогенного воздействия на физические свойства черноземов.

2.2. Роль обработки почвы в воспроизводстве почвенного плодородия в почвозащитных системах земледелия.

2.3. Эрозия почв в агроландшафтах Среднего Поволжья.

2.3.1. Эрозия почв, степень проявления и ущерб от нее. 2.3.2. Состояние изученности эрозии почв в Ульяновском Предволжье 47 2.3.3. Принципы построения адаптивно-ландшафтных систем земледелия.

ГЛАВА 3. ПРОГРАММА ИССЛЕДОВАНИЙ, СХЕМА ОПЫТОВ, МЕТОДИКА НАБЛЮДЕНИЙ, УЧЕТОВ.

3.1. Схема полевых опытов, методика наблюдений, учетов и лабораторных анализов.

3.2. Агротехника в полевых опытах.

ГЛАВА 4. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПОЧВОЗАЩИТНОЙ СИСТЕМЫ к ЗЕМЛЕДЕЛИЯ В ЛЕСОСТЕПИ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ НА

ПЛАКОРНО-РАВНИННЫХ АГРОЛАНДШАФТАХ.

4.1. Севообороты в почвозащитном земледелии.

4.1.1. Чистые, занятые и сидеральные пары в полевых севооборотах

4.1.2. Роль многолетних бобовых трав в севооборотах.

4.1.3. Выбор предшественников и видов севооборотов в лесостепи 83 Среднего Поволжья.

4.1.4. Типы и виды севооборотов для лесостепи Среднего Поволжья 91 I 4.2. Агроэкологическая эффективность систем обработки почвы в лесостепи Среднего Поволжья.

4.2.1. Агрофизические свойства и динамика влажности почвы.

4.2.2. Биологическая активность почвы и содержание элементов минерального питания.

4.2.3. Сорный компонент агрофитоценозов и его структура в зависимости от систем основной обработки почвы.

4.2.4. Урожайность культур и продуктивность звена севооборота в зависимости от систем обработки почвы.

4.2.5. Экономическая и энергетическая эффективность систем обработки почвы.

ГЛАВА 5. ПРОТИВОЭРОЗИОННЫЕ КОМПЛЕКСЫ В ПОЧВОЗАЩИТ-^ НОМ ЗЕМЛЕДЕЛИИ НА СКЛОНОВЫХ ТИПАХ АГРО

ЛАНДШАФТОВ.

5.1. Ландшафтное районирование в лесостепи Среднего Поволжья.

5.2. Особенности формирования и агроэкологическая эффективность почвозащитных систем обработки почвы.

5.2.1. Снегонакопление и сток талых вод с водосборов.

5.2.2. Влияние систем обработки склоновых земель на водно-физические, агрохимические и биологические свойства почв.

5.2.3. Изменение засоренности почвы и посевов в зависимости от t систем обработки.

5.2.4. Влияние систем основной обработки почвы в склоновых агро-ландшафтах на урожай и его структуру.

5.2.5. Экономическая эффективность систем обработки почвы на склоновых агроландшафтах.

5.3. Почвозащитное и водорегулирующее значение лесных полос и гидросооружений.

5.4. Источники загрязнения агроландшафтов тяжелыми металлами и приемы их детоксикации.

ГЛАВА 6. МОДЕЛИ АДАПТИВНО-ЛАНДШАФТНЫХ СИСТЕМ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ В ЛЕСОСТЕПИ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ И ОПЫТ ИХ ОСВОЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ ОПХ «НОВОНИКУЛИНСКОЕ»

6.1.Почвенно- климатические особенности хозяйства, развитие эрозионных процессов.

6.2. Противоэрозионные сооружения и организация территории.

6.3. Почвозащитные севообороты на склоновых типах агроландшафтов

6.4. Ландшафтное картирование территории.

6.5. Основные элементы адаптивно-ландшафтной системы земледелия в ОПХ «Новоникулинское».

6.6. Модели адаптивно-ландшафтных систем земледелия на разных типах агроландшафтов.

ВЫВОДЫ.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ.

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Агроэкологические особенности почвозащитных систем земледелия в агроландшафтах лесостепи Среднего Поволжья"

Актуальность темы. Сельское хозяйство лесостепных районов Средне-к го Поволжья в конце восьмидесятых - начале девяностых годов XX века развивалось на принципах широкого использования химико-техногенных средств интенсификации (минеральные удобрения, химические средства защиты растений, большие объемы мелиоративных работ и др.). Однако возросшие уровни интенсификации сельскохозяйственного производства и антропогенные нагрузки на почву привели к целому ряду негативных моментов: усилились процессы эрозии, возросли темпы дегумификации с устойчиво некомпенсируемой минерализацией гумуса, снизилась продуктивность сельскохозяйственного производства.

Особо большой ущерб приносит в лесостепи Среднего Поволжья водная эрозия. В этой зоне на склонах размещается более 60% пашни. С таких полей ежегодно стекает огромное количество воды, сносится почвенный покров, заи-^ ливаются поймы малых рек, пруды и водохранилища, активизируются процессы оврагообразования.

Некомплексное использование элементов почвозащитного земледелия снижает экономическую эффективность средств, вкладываемых в интенсификацию растениеводства (химизацию, мелиорацию и механизацию сельскохозяйственного производства).

В этой связи особую актуальность приобретает разработка и освоение почвозащитных систем земледелия в отдельных зонах, ориентированных на природоохранный характер всех её элементов. * Агроландшафтное почвозащитное земледелие должно обеспечивать получение высоких и устойчивых урожаев при одновременном повышении почвенного плодородия, защиту почв от водной и ветровой эрозии, охрану окружающей среды.

Почвозащитную направленность должны определять и системы земледелия на плакорно-равнинных типах агроландшафтов. Особое значение здесь приобретают вопросы предотвращения нарастающей деградации почв (ухудшения физических свойств, переуплотнения, слитизации и др.) и усиленной потери гумуса.

Первоочередной задачей является биологизация и экологизация интенси-фикационных процессов в земледелии с целью повышения продукционных, средоулучшающих и ресурсовозобновляющих функций агроэкосистем и агро-ландшафтов (А.А.Жученко, 2000).

Агроэкологическая обстановка настоятельно требует внедрения ландшафтной системы земледелия в разных природных зонах и отдельных хозяйствах. Суть ландшафтного подхода заключается в одновременном комплексном, упорядоченном и эффективном использовании природных и антропогенно преобразованных территорий. Прежде всего организация ландшафта как система должна предусматривать оптимальное соотношение между пашней, лугово-пастбищными, лесными и другими природными и антропогенными компонентами. Это одно из важных условий успешного функционирования не только аг-роценоза, но и компонентов природных биоценозов, оно позволяет оптимизировать взаимоотношения между угодьями, регулировать процессы круговорота биогенных элементов, рационально использовать природные и антропогенные ресурсы для получения максимально высокого урожая экологически безопасной продукции.

Рациональное обустройство территории агроландшафта должно базироваться на правильном землеустройстве, учитывающем биологические законы взаимосвязи между компонентами среды. Резко изменившаяся социально-экологическая обстановка и обострившиеся экологические противоречия, обусловили необходимость адаптации земледелия не только к природным условиям, но и к новым производственным отношениям. Для решения этой задачи необходима разработка систем земледелия, адаптивных применительно к различным категориям агроландшафтов и уровням интенсификации производства.

Цель работы и задачи исследований. Цель исследований - изучить агро-экологические особенности основных элементов почвозащитного земледелия и разработать модели адаптивных почвозащитных систем для плакорно-равнинных и склоновых агроландшафтов лесостепи Среднего Поволжья с учетом уровня интенсификации и техногенного загрязнения сельскохозяйственных угодий.

В задачу исследований входило:

- разработать почвозащитные, агроэкологически эффективные системы обработки почвы на склоновых землях и в равнинной части рельефа, направленных на накопление и лучшее использование почвенной влаги, уменьшение засоренности посевов, повышение почвенного плодородия и увеличение урожайности сельскохозяйственных культур;

- изучить эффективность плодосменных севооборотов с учетом почвенно-климатических условий, их специализации с целью повышения продуктивности земледелия и улучшения плодородия почв;

- установить эффективность детоксикационных свойств известковых материалов и цеолитов на землях, подверженных техногенному загрязнению в зоне влияния источников загрязнения;

- изучить почвозащитное и водорегулирующее значение лесных полос и гидросооружений для основных типов агроландшафтов в противоэрозионном комплексе ОПХ «Новоникулинское»;

-определить экономическую и биоэнергетическую эффективность почвозащитных систем обработки почвы, выявить структуру затрат на возделывание сельскохозяйственных культур;

- дать агроэкологическую оценку созданным объектам противоэрозионно-го комплекса и разработать модели адаптивно-ландшафтных систем земледелия для равнинных и склоновых типов агроландшафтов.

Поставленные на изучение вопросы, являются составной частью тематического плана Ульяновского научно-исследовательского института сельского хозяйства по государственному заданию: «Агроэкологическая эффективность почвозащитной системы обработки почвы под зерновые культуры, обеспечивающей получение высоких и стабильных урожаев сельскохозяйственных культур при минимальных затратах труда и средств» (номер государственной регистрации 01860042904), и в соответствии с заданием «Разработать научные основы почво-водоохранных ресурсосберегающих систем обработки черноземов в севооборотах Среднего Поволжья» (номер государственной регистрации * 1960006646).

Научная новизна. Впервые для лесостепи Среднего Поволжья дано научное обоснование основных элементов почвозащитных систем земледелия в аг-роландшафтах. На базе противоэрозионного комплекса ОПХ «Новоникулинское», созданного в течение 1969-1975 гг., разработаны принципы формирования агроландшафтов и созданы качественно новые ландшафтные системы земледелия для черноземной лесостепи Среднего Поволжья.

Выявлена эффективность комбинированной, минимальной и гребнекулис-ной систем обработки почвы в регулировании основных параметров плодородия чернозема выщелоченного по сравнению с постоянной вспашкой. Установлена возможность минимализации основной и предпосевной обработки почвы в звене севооборота с занятым паром. ^ Определена почвозащитная роль разных севооборотов. Дана экономическая оценка сохранению и повышению плодородия почв и разработаны технологические приемы, снижающие экологическую напряженность агроценозов.

В результате системного анализа почвенно-климатических условий и эффективности элементов противоэрозионного комплекса впервые для черноземных почв лесостепи Среднего Поволжья определены условия позитивной динамики количественных показателей характеристики (водно-физические свойства, химический состав, содержание гумуса в пахотном слое и др.) в различных типах агроландшафтов. V Практическая значимость работы. В результате проведенных исследований обобщен многолетний экспериментальный материал, который позволяет предложить научно обоснованные модели систем земледелия применительно к конкретному типу агроландшафта. В основу их положен принцип адаптивно-ландшафтного природопользования с экологически сбалансированными агроэкосистемами, где взаимодействуют и рационально используются не только пахотные земли, но и леса, луга, пастбища, защитные насаждения и мелиоративные сооружения. Это позволяет сохранить и повысить плодородие черноземных почв Среднего Поволжья, улучшить экологическую обстановку. * Предложенные производству модели сохранения и воспроизводства плодородия почв, обеспечат получение экологически безопасной продукции, при высокой продуктивности и экономической эффективности сельскохозяйственного производства.

Выполняемая работа по внедрению комплекса противоэрозионных мероприятий и результаты исследований по этому вопросу одобрены Научно-техническим советом Министерства сельского хозяйства Российской Федерации и рекомендованы для внедрения в сельскохозяйственное производство областей, краев и автономных республик со сходными природно-климатическими условиями.

Работа по созданию противоэрозионного комплекса в ОПХ «Новоникулинское» и завершенные на его базе исследования отмечены 2 золотыми и 3 се-^ ребряными медалями ВДНХ.

Выездное заседание координационных Советов по агроландшафтам и проблемам эрозии и дефляции почв Отделения земледелия Российской академии сельскохозяйственных наук по вопросу «Противоэрозионный комплекс в ландшафтных системах земледелия» рекомендовало использовать опыт работы Ульяновского НИИСХ по освоению зональных противоэрозионных комплексов на основе ландшафтных систем земледелия для широкого внедрения в сельскохозяйственное производство.

Реализация результатов исследований. Проведенные исследования про-р шли производственную проверку в ОПХ «Тимирязевское» и «Новоникулинское» Ульяновского НИИСХ и внедрены в 7 хозяйствах области на площади 55 тыс.га. В результате освоения адаптивно-ландшафтных систем земледелия в среднем за 1992-2003 гг. урожайность зерновых культур в этих хозяйствах составила 24,4 ц/га, в то время как в среднем по области 17,2 ц/га.

Результаты исследований использованы при разработке:

- системы ведения агропромышленного производства Ульяновской области на 13 пятилетку. Ульяновск, 1990;

- рекомендаций по системе обработки почвы в колхозах и совхозах области. Ульяновск, 1990;

- рекомендаций по севооборотам. Ульяновск, 2000;

- рекомендаций специалистам, механизаторам и фермерам по возделыванию основных сельскохозяйственных культур в 1993-2004 гг. Ульяновск;

- основных направлений стабилизации земледелия области в условиях ограниченного ресурсного сбережения. Ульяновск, 1999.

Апробация работы. Основные научные положения исследований доложены на Всероссийских научно-практических конференциях (Казань, 1996; Ульяновск, 2000; Белгород, 2001, Владимир, 2004); на научных и производственных конференциях, областных семинарах и совещаниях (Ульяновск, 1993, 1994, 1996, 1999 гг.; на зональных совещаниях по проблеме повышения плодородия почв и увеличения производства зерна (Саратов 1992, 1994, 1996, 1997, 1999 гг.); на координационных совещаниях по проблеме плодородия и эрозии (Ленинград, 1994; Курск. 1997; Рязань, 2000 гг.); на научных конференциях профессорско-преподавательского состава научных работников и аспирантов Ульяновской СХА (1991, 1993, 1995, 1997 гг.); в Самарской СХА (1995 г.); на курсах повышения квалификации специалистов сельского хозяйства (Ульяновск, 1992-2002 гг.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 40 научных работах, в том числе 19 - в центральной печати и материалах международных и Всероссийских конференциях, 5 монографий (объемом 42,0 печатных листа).

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Наиболее эффективными севооборотами на плакорно-равнинных агро-ландшафтах лесостепи Среднего Поволжья являются: зернопаровые и зернопа-ропропашные с различным удельным весом чистого пара и плодосменные, повышающие продуктивность, почвенное плодородие, и снижающие экологическую напряженность.

2. Применение на склоновых землях в качестве основной обработки почвы комбинированной, минимальной и гребнекулисной, как основных элементов почвозащитного земледелия, обеспечивает улучшение водно-физических свойств и питательного режима почвы, уменьшение засоренности и увеличение урожайности сельскохозяйственных культур.

3. Внедрение противоэрозионного комплекса (почвозащитная обработка, противоэрозионные защитные лесные полосы, валы-террасы высотой 0,5 м, во-дозадерживающие земляные валы, буферные полосы из многолетних или однолетних трав шириной 18-20 м) на склоновых агроландшафтах способствует увеличению запасов влаги и питательных веществ, снижению стока, смыва почвы и эрозионных процессов, повышению урожайности возделываемых культур.

4. Для условий лесостепи Среднего Поволжья в целях повышения адаптации земледелия, улучшения плодородия почв и повышения продуктивности угодий разработаны дифференцированные экологически безопасные модели почвозащитной системы земледелия для трех типов агроландшафтов: плакор-но-равнинного, склоново-ложбинного и склоново-овражного.

Автор выражает глубокую признательность за помощь в проведении экспериментальных исследований и внедрении научных разработок в производство К.И. Карповичу, [В.М.Петрову|, А.И. Захарову, В.А. Потушанскому, С.И. Цыганку, что нашло отражение в диссертации и совместных работах.

Заключение Диссертация по теме "Общее земледелие", Немцев, Сергей Николаевич

317 ВЫВОДЫ

1. Агроэкологические особенности черноземных почв лесостепи Среднего Поволжья (засушливость климата, наличие склоновых земель, усиление процессов деградации почв) определяют необходимость применения почвозащитных систем земледелия на принципах адаптивно-ландшафтного природопользования с экологически сбалансированными агроэкосистемами, обеспечивающими получение высоких и устойчивых урожаев, защиту почв от эрозии при одновременном повышении почвенного плодородия.

2. На плакорно-равнинном типе агроландшафта лесостепи Среднего Поволжья наиболее продуктивны зернопаровые и зернопаропропашные севообороты с чистыми и занятыми парами. Выход зерна с 1 га пашни в севообороте с чистым паром составил 22,0 ц/га, а при введении дополнительного звена с посевом озимых по гороху - 24,5-25,8 ц/га. В хозяйствах с высокой культурой земледелия высокую эффективность имеют плодосменные севообороты с полем люцерны или донника, гороха и горохо-ячменной смеси на зерно. Сбор зерна повысился на 18-19%, всей продукции в ц кормопротеиновых единиц на 13-20%, сбор протеина увеличился на 24-41%, чистый доход - на 14-24%, а рентабельность возросла на 36-42%.

В лесостепи Среднего Поволжья севообороты, построенные по принципу плодосмена с высоким удельным весом многолетних трав, с занятыми и сидеральными парами, обеспечивают рост продуктивности пашни без снижения почвенного плодородия.

В эрозионно-опасном склоново-ложбинном типе агроландшафта замена в севообороте чистого пара - занятым; пропашных культур - зерновыми повышает защищенность территории до 53%; на склоново-овражном типе (уклоны 3-5°) - введение в севооборот двух-трех полей многолетних трав обеспечивает защищенность почвы до 66-76% и формирует положительный баланс гумуса.

3. В агроландшафтных системах земледелия возрастает агроэкологическая роль почвозащитных систем основной обработки почвы в создании оптимальных агрофизических, агрохимических и биологических свойств и фитосанитар-ного состояния посевов. В условиях плакорно-равнинного типа агроландшафта лесостепи Среднего Поволжья выявлено преимущество комбинированных систем с сочетанием отвальных, безотвальных и поверхностных обработок, котол рые обеспечили оптимальное сложение почвы в пределах 1,0-1,11 г/см после посева и 1,1-1,18 г/см - после уборки сельскохозяйственных культур. Повысилась доля агрономически ценных агрегатов на 2,7-7,4%, особенно на посевах яровой пшеницы и ячменя. Рациональное сочетание в севообороте отвальных и безотвальных способов обработки способствовало очищению почвы от семян сорняков на 20,9%. Комбинированная система обработки снизила себестоимость продукции на 10%, а условно-чистый доход увеличился на 6,4% по сравнению с постоянной вспашкой.

Наиболее эффективными системами обработки почвы в занятых парах являются: минимальная обработка комбинированным агрегатом КПШ-5+БИГ-ЗА+ЗККШ-6А на 8-10 см, а также послеуборочное лущение дисковыми боронами БД-10 на 6-8 см с последующей обработкой бороной БИГ-ЗА, которые позволили накопить больше продуктивной влаги на 6,9-8,1 мм, очистить почву от сорняков, повысить урожайность озимой ржи на 1,9-5,9 ц/га по сравнению со вспашкой. В плакорно-равнинном агроландшафте при подготовке почвы под яровую пшеницу после озимой ржи эффективна гребнекулисная вспашка плугом со стернеукладчиком на 25-27 см или КПШ-5+БИГ-ЗА на 8-10 см + безотвальная обработка плугами со стойками СибИМЭ на 25-27 см, а под ячмень после яровой пшеницы комбинированная (лущение ЛДГ-10+вспашка на 25-27 см). Это позволило повысить урожайность яровой пшеницы и ячменя на 2,1 и 1,9 ц/га соответственно.

4. Наиболее эффективными системами основной обработки почвы в скло-ново-ложбинном типе агроландшафта являются гребнекулисная отвальная вспашка плугом со стернеукладчиком на 25-27 см, а также комбинированная, предусматривающая проведение в звене севооборота отвальной, безотвальной и поверхностной обработок. При таких системах обработки себестоимость 1 ц продукции снизилась на 3,8-18,5%, затраты техногенной энергии сократились на 0,7-3,1%), а условно чистый доход увеличился на 4,8-8,0% по отношению к вспашке.

Системы основной обработки почвы, состоящие из послеуборочного лущения комбинированным агрегатом КПШ-5+БИГ-ЗА с последующей безотвальной обработкой плугами со стойками СибИМЭ на 25-27 см или гребнекулисной вспашкой на 25-27 см, за счет меньшего распыления обрабатываемого слоя и улучшения качества обработки почвы увеличили запасы продуктивной влаги в почве на 20-31 мм, повысили биологическую активность почвы на 2,24,0% и обеспечили повышение урожайности зеленой массы вико-овса на 13,720,4 ц/га, озимой ржи на 2,5-2,8 ц/га, ячменя на 4,3-4,4 ц/га по сравнению с ежегодной вспашкой.

5. Применение на склоновых агроландшафтах почвозащитных систем обработки почвы улучшило экологическое состояние поля и способствовало стабилизации почвенного покрова.

Поверхностный сток за последние 27 лет (1969-1996 гг.) находился в пределах от 1,3 до 25,8 мм при коэффициентах стока от 0,075 до 0,516. За эти годы сток с уплотненной пашни (без осенней обработки) составил 40,2 мм, а на зяби - 8,3 мм. Комбинированная и гребнекулисная системы обработки почвы увеличили запасы воды в снеге на 6,0-6,9 мм, снизили сток на 0,6-0,7 мм, смыв - на 220-240 кг/га.

6. Система лесных полос является основным элементом экологического каркаса при конструировании противоэрозионного комплекса по типам агроландшафтов. Защитные лесные насаждения на водосборах оказывают положительное влияние на повышение урожайности на прилегающих полях на расстоянии равном 15-17 кратной высоте лесных полос. В зоне действия лесных полос наблюдалось равномерное распределение снежного покрова, повышение увлажнения почвы на 23,5- 48,0 мм, улучшение биологической активности почвы на 2,3-13,8%, что обеспечило повышение урожайности зерновых культур на 2,3-5,7 ц/га, по сравнению с зоной вне влияния лесных полос.

7. Подтверждена высокая экономическая и энергетическая эффективность лесных полос. Особое значение в системе мер защиты почв имело совместное лесомелиоративное влияние лесных полос в комплексе с простейшими гидротехническими сооружениями (валы-террасы, водозадерживающие валы), которые задерживают смыв почвы с водосборов до 2,58 т/га. Поэтому при разработке адаптивных почвозащитных систем земледелия следует ориентироваться на совместное агролесогидромелиоративное обустройство территории.

В борьбе с водной эрозией и оврагообразованием эффективны водозадерживающие земляные валы. Построенные на пашне у вершин действующих оврагов, они не только приостанавливают дальнейший их рост, но и задерживают весь сток талых вод с прилегающих водосборов и превращают его во внутри-почвенную влагу. При этом в среднем за 25 лет эксплуатации водозадержи-вающего земляного вала ежегодный смыв почвы снизился на 2,9 т/га.

8. Анализ воздействия промышленности и автотранспорта на окружающую среду показал, что в зоне их влияния имеет место накопление тяжелых металлов в изучаемых сельскохозяйственных культурах в концентрациях, выше допустимых: в зерне яровой пшеницы содержание Си, Ni и Сг превышало допустимую норму в 1,4-2,0; 1,2-2,7 и 2,0-3,4 раза соответственно, а в зеленой массе вико-овса в 1,8-2,7; 1,1-1,6 и 4,0-8,8 раза соответственно. В процессе детокси-кации тяжелых металлов в первую очередь должны использоваться наиболее доступные, биологические приемы защиты растений: посадка лесных полос вдоль источников токсикации, использование органических удобрений и мелиорантов - извести и цеолитов, которые способствовали снижению их токсичности до 35-38%, а также регулярный экологический мониторинг земель.

9. Осуществленный крупномасштабный эксперимент по разработке принципиально новой модели ведения земледелия на адаптиано-ландшафтной основе в созданном противоэрозионном комплексе в ОПХ «Новоникулинское», позволил полностью предотвратить на всей территории хозяйства развитие эрозионных процессов и оврагообразования; приостановлены процессы деградации почв; коренным образом изменился гидрологический режим территории.

Успешное функционирование противоэрозионного комплекса с высоким экономическим результатом и быстрая окупаемость затрат свидетельствуют о большой практической значимости предлагаемых мер по совершенствованию системы земледелия. Разработанные модели систем земледелия по типам агроландшафтов, придают им экологическую направленность и повышают уровень адаптации, что обеспечивает улучшение плодородия почв, рост продуктивности угодий и экологическую безопасность агроэкосистем.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

Для повышения уровня адаптации земледелия, улучшения плодородия почв и повышения продуктивности угодий для черноземных почв лесостепи Среднего Поволжья разработаны дифференцированные экологически безопасные модели почвозащитной системы земледелия.

Модель системы земледелия для плакорно-равнинного типа агроландшафта включает полезащитные лесные полосы по границам полей, полевые 6-8 польные севообороты с чистым паром, в которых возделываются отзывчивые на плодородие культуры: сахарная и кормовая свекла, гречиха, кукуруза, картофель, озимая и яровая пшеница. Основная обработка почвы предусматривает чередование отвальных, безотвальных и поверхностных обработок. Для пополнения почвы органическим веществом солому, малоценную в кормовом отношении, следует измельчать и запахивать. Максимальная площадь распаханных земель не должна превышать 75% от общей.

Модель системы земледелия для склоново-ложбинного типа агроландшафта состоит из размещения водорегулирующих лесных полос по границам полей. По опушке полей создаются напашные земляные валы высотой 0,5 м. В 5-6-польных севооборотах с занятым или сидеральным паром возделываются озимая рожь, овес, ячмень, горох, подсолнечник, однолетние и многолетние травы. Применяется дифференцированная почвозащитная система обработки почвы с элементами минимализации. Для предотвращения смыва почвы в летний период ливневыми дождями на парах создаются буферные полосы из многолетних или однолетних трав (ширина 18-20 м), предотвращающие смыв почвы до 2,6 т/га. Площадь распаханных земель в структуре не должна превышать 60%.

В склоново-овражном типе агроландшафта модель системы земледелия представлена стокорегулирующими лесными полосами в сочетании с простейшими гидротехническими сооружениями. У основания водосборов создаются водозадерживающие земляные валы. Зернотравяные севообороты с двумя полями многолетних трав и одним полем озимых, состоящие из 4-5 полей, размещенные на данном типе агроландшафта, способны максимально защитить почву от эрозии в весенне-летний период. Защищенность полей зернотравяных севооборотов достигает 70%. Применяется дифференцированная почвозащитная обработка почвы под все культуры. Площадь распаханных земель не должна превышать 35-45% от общей.

324

Библиография Диссертация по сельскому хозяйству, доктора сельскохозяйственных наук, Немцев, Сергей Николаевич, Кинель

1. Авдонин Н.С. Свойства почвы и урожай. Баку: Кн. изд-во, 1961. 252 с.

2. Авдонин Н.С. Повышение плодородия кислых почв. М., 1972. 319 с.

3. Авдонин Н.С. Почвы, удобрения и качество растениеводческой продукции. М., 1979. 277с.

4. Агрохимические методы исследований почв. Изд. 4-е. М.: Наука, 1965. 423 с.

5. Агроклиматические ресурсы Ульяновской области. Л.: Гидрометеоиз-дат, 1968.120с.

6. Азизов З.М. Повышение эффективности приемов основной обработки почвы в заключительном звене зернопарового севооборота на южных черноземах засушливой степи Поволжья. Немчиновка, Московской области, 1986.

7. Азизов З.М., Курдюков Ю.Ф. Система основной обработки почвы. //Пути увеличения производства растениеводческой продукции в Саратовской области. Саратов, 1988. С.46-54.

8. Александрова Л.Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации. Л.: Наука, 1980. -287 с.

9. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Л.: Агропромиз-дат, 1987.142с.

10. Алексеев А.А. Подвижность Cd и Zn в почвах. // Автореферат канд. дисс.-М., 1978. С.7-22.

11. Аллен Х.П. Прямой посев и минимальная обработка почвы. М.: Агро-промиздат, 1985 .-С. 10-17.

12. Алпатьев A.M. Влагообороты в природе и их преобразование. Л.: Гид-рометеоиздат, 1969. - 323 с.

13. Амосова Я.М. Охрана почв от химических загрязнений. М.: Изд-во МГУ, 1989. 96 с.

14. Арманд Д.JI. Развитие эрозийных процессов на Приволжской возвышенности //Сельскохозяйственная эрозия и новые методы ее изучения. М.,1958. С.76-152.

15. Афанасьева Е.А. Черноземы Средне-Русской возвышенности. М.: Наука, 1966, 223с.

16. Афонин A.M. Слово о пользе знания, собирания и расположения чернозема, особливо в хлебопашестве. М., 1771.

17. Базаров Е.И. и др. Методика биоэнергетической оценки технологии производства продукции растениеводства. М., 1983. - 45 с.

18. Базаров Е.И. Энергозатраты и рентабельность труда в агропромышленном комплексе. Вестник сельскохозяйственной науки. - 1984. - №2. - С. 114-118.

19. Байда Д.С., Шварц А.К. Обработка почвы в севообороте и урожай яровой пшеницы в горно-сопочной зоне Кокчетавской области. Вестник с.-х. науки. Алма-Ата, 1972, №11, с. 11-14.

20. Барабанов А.Т. Контурная организация территории в степных районах //Вестник с-х науки 1976, №4, с.22-25.

21. Барабанов А.Т. Агролесомелиорация в почвозащитном земледелии. Волгоград, 1993, 155с.