Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Агроэкологическое обоснование химической мелиорации и использования почв южнотаежно-лесной зоны Западно-Сибирской равнины

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора сельскохозяйственных наук, Каличкин, Владимир Климентьевич, Новосибирск

/ to

C, - .f .

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

Сибирский научно-исследовательский институт земледелия и химизации сельского хозяйства

На правах рукописи УДК 631.58:631.42:631.95(1-925.11)

(У

дасЛ

КАЛИЧКИН ВЛАДИМИР КЛИМЕНТЬЕВИЧ

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ МЕЛИОРАЦИИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОЧВ ЮЖНОТАЕЖНО-ЛЕСНОЙ ЗОНЫ ЗАПАДНО-СИБИРСКОЙ РАВНИНЫ

Специальность - 06.01.01. - общее земледелие 06.01.03. - агропочвоведение

Диссертация на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Новосибирск 1999

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................................4

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ..........................................................................12

2. ОБЪЕКТЫ, МЕТОДЫ И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Объекты исследований.............................................................................51

2.2. Погодные условия в период проведения исследований........................62

2.3. Методика исследований............................................................................67

3. ОЦЕНКА ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ ЮЖНОТАЕЖНО-ЛЕСНОЙ ЗОНЫ ДЛЯ АДАПТАЦИИ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

3.1. Геоморфологические условия и литология.............................................76

3.2. Агроклиматические условия......................................................................90

3.3. Почвенный покров....................................................................................104

Выводы.............................................................................................................112

4. ОСНОВНАЯ ОБРАБОТКА ПОЧВЫ

4.1. Влияние основной обработки на агрофизические свойства почвы......115

4.2. Влияние основной обработки на агрохимические свойства почвы......126

4.3. Засоренность посевов и продуктивность агроценозов в зависимости

от основной обработки почвы..........................................................................136

4.4. Энергетическая эффективность основной обработки почвы................139

Выводы..............................................................................................................143

5. АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИЗВЕСТКОВАНИЯ КИСЛЫХ ПОЧВ

5.1. Природа почвенной кислотности и ее влияние на растения.................146

5.2. Эффективность известкования кислых почв..........................................171

5.3. Диагностика известкования кислых почв и расчет доз извести.............199

Выводы..............................................................................................................203

6. ПРИМЕНЕНИЕ УДОБРЕНИЙ

6.1. Почвенные условия в связи с применением удобрений........................206

6.2. Применение органических и минеральных удобрений на кислых почвах................................................................................................................219

6.3. Сроки и способы внесения минеральных удобрений.............................229

6.4. Агротехнические условия высокой эффективности удобрений.............235

Выводы..............................................................................................................243

7. АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ГРУППЫ ЗЕМЕЛЬ И ИХ РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

7.1. Агроэкологическая оценка сельскохозяйственных культур...................246

7.2. Агроэкологическая группировка земель и формирование адаптивно-ландшафтных систем земледелия..............................................258

7.3. Принципы формирования технологий возделывания сельскохозяйственных культур.......................................................................288

Выводы.............................................................................................................293

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ............................................................................................295

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ..............................................................298

ЛИТЕРАТУРА...................................................................................................300

ПРИЛОЖЕНИЯ................................................................................................336

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Территория южнотаежно-лесной зоны Западно-Сибирской равнины имеет большое народнохозяйственное значение благодаря значительным запасам нефти и газа. Суровость климата диктует необходимость обеспечения работников нефтегазодобывающей промышленности и местных жителей полноценным высококалорийным питанием. Существующая концепция обеспечения населения таежных районов Сибири импортным продовольствием, как было отмечено на Общем собрании СО РАСХН (г.Томск, 22-23 июля 1997 г.), с социально-экономических позиций безосновательна, тем более что имеется длительная практика местного населения по производству продуктов растениеводства и животноводства. Более того, будущее развитие интенсивного земледелия в Сибири во многом связанно именно с северными территориями.

Урожайность культур ярового сева в южнотаежно-лесной зоне может достигать 4-4,5 т/га к.ед. и редко лимитируется влагой, чаще всего ресурсами тепла, минеральным питанием возделываемых культур и фитосанитар-ной ситуацией в агроценозе. Однако этот потенциал в значительной степени не реализовывается в связи с недостаточной научной проработкой адаптивной интенсификации земледелия.

Земледелие южнотаежно-лесной зоны Западно-Сибирской равнины в настоящее время имеет локальный характер и располагается в основном в пределах дренированных приречий, где развит автоморфный тип почвообразования. Автоморфные почвы этой зоны (дерново-подзолистые и серые лесные оподзоленные), вовлеченные в пашню, характеризуются неблагоприятными в сельскохозяйственном отношении агрофизическими и агрохимическими свойствами. Поэтому в основе рационального использования земель южнотаежно-лесной зоны лежит их мелиорация. В широком смысле под мелиорацией земель понимается их коренное улучшение путем использования приемов воздействия на свойства почв с целью повышения их эффективного и потенциального плодородия. В связи с этим любое вмешательство человека в почвообразовательный процесс может трактоваться

как мелиорация. Так, сведение леса и последующая распашка лесных почв уже изменяют физические и физико-химические свойства их верхнего слоя, а следовательно, являются мелиоративными приемами.

Ключевым вопросом мелиорации кислых почв, которые на территории Западно-Сибирской равнины занимают более 25% (2,7 млн. га) от всей площади пашни является их известкование. Однако теоретические и практические вопросы известкования кислых почв в Сибири разработаны недостаточно. Попытки перенести диагностику нуждаемости кислых почв в известковании и методы расчета доз известкового мелиоранта из европейской части страны в сибирские условия не всегда правомерны. Причины этого обстоятельства можно объяснить своеобразием физико-химических свойств сибирских почв, которое обусловлено специфическими особенностями почвообразования.

Вместе с тем проблема известкования - это не столько технологический вопрос, сколько агроэкологический. Еще Д.Н. Прянишников предупреждал о том, что было бы большой ошибкой придавать величине кислотности почвенного раствора абсолютное значение. Кислотность почв, как фактор, влияющий на рост и развитие растений, нельзя рассматривать вне связи с другими факторами и условиями природной среды. Степень токсичности кислой реакции почвенного раствора и сопутствующих ей отрицательных свойств почв для растений варьирует в широких пределах в зависимости от буферное™ почв, содержания в них органического вещества и его природы, соотношения в почвах обменных катионов, содержания биофильных элементов, а также вида сельскохозяйственных культур и их сортов. Улучшение условий питания возделываемых культур за счет удобрений в известной степени снижает токсические свойства кислотности почв. Кроме того, в системе мероприятий, направленных на повышение плодородия кислых почв и получения на них высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур, большое значение имеет научно-обоснованные приемы основной обработки почв, разработанные с учетом природных и производственных условий.

В южнотаежно-лесной зоне европейской части России было показано, что при устранении лимитирующих для возделываемых культур факторов (подавление сорняков, оптимизация питания) замена отвальной вспашки на безотвальную обработку почв положительно влияет как на их агроэкологи-ческие свойства, так и на увеличение продуктивности агроценозов. В то же время немногочисленные исследования в Сибири на серых лесных и дерново-подзолистых почвах, проведенные Т.Т. Вилесовым (1958, 1966, 1972), П.М. Кузнецовым и Т.Т. Вилесовым (1968), М.Н. Старостиным (1972) без применения эффективных средств борьбы с сорняками и болезнями сельхозкультур, не дали однозначного ответа на вопрос о целесообразности минимизации обработки почв.

В адаптивном земледелии основное внимание уделяется оптимизации условий возделываемых растений, а задача земледельца заключается в согласовании агроэкологических требований сельскохозяйственных культур с условиями их произрастания и корректировки факторов урожая, в первую очередь посредством регулирования почвенных свойств и в целом применения способов рационального земледельческого использования почв.

Следовательно, высокоэффективное производство продуктов питания в южнотаежно-лесной зоне Западно-Сибирской равнины должно быть основано на комплексном учете особенностей природных условий территории и агроэкологических требований выращиваемых культур, на что и нацелена предлагаемая диссертационная работа.

Цель и задачи исследований. Целью работы является агроэкологи-ческое обоснование мелиорации и в целом рационального использования в земледелии кислых почв южнотаежно-лесной зоны Западно-Сибирской равнины, обеспечивающее стабильное функционирование агроценозов и получение оптимальных (максимально возможных) урожаев сельскохозяйственных культур.

В задачи исследований входило:

- провести оценку природных ресурсов южнотаежно-лесной зоны Западно-Сибирской равнины для адаптивной интенсификации земледелия;

- изучить влияние систем основной обработки кислых почв на их агрофизические и агрохимические свойства и на продуктивность агроценозов;

- определить основные агроэкологические свойства кислых почв, разработать диагностику известкования и в целом эффективные приемы их мелиорации и применения удобрений;

- разработать агроэкологическую группировку земель южнотаежно-лесной зоны и на этой основе предложить общие положения формирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия и базовые технологии возделывания основных сельскохозяйственных культур.

В основу диссертации положены материалы научных исследований по государственным темам 02.01.Н4 "Разработать перспективные приемы известкования кислых почв, изучить баланс кальция и обосновать для внедрения в сельскохозяйственное производство оптимальную периодичность известкования в условиях интенсивного земледелия"; 03.01.Н2 "Разработать систему и способы внесения удобрений и мелиорирующих средств в типичных севооборотах на серой лесной почве Томского Приобья"; 03.04.01.Т1 "Разработать новые системы почвозащитной обработки почвы"; по ГНТП Миннауки РФ - "Высокоэффективные процессы производства продовольствия" по проекту 012.12.001 "Модели управления плодородием почв и продуктивностью растений".

В проведении экспериментальных работ принимали участие Н.С.Алексеева, К.А. Бесов, О.Д. Вервайн, И.Н. Минина, канд. с.-х. наук С.А.Ким, канд.биол.наук В.Н. Шоба, которым автор искренне благодарен за помощь в получении необходимой информации. Материалы этих исследований вошли в совместные публикации, на которые в тексте делаются соответствующие ссылки.

Научная новизна. Впервые проведена оценка природных ресурсов южнотаежно-лесной зоны Западно-Сибирской равнины для задач адаптивной интенсификации земледелия, на основе чего осуществлена агроэко-логическая группировка земель и выявлены основные факторы, ограничивающие продуктивность земледелия; при этом обоснованы уровни токсич-

ности кислотности почв с учетом специфики агроценоза, устойчивости к кислотности отдельных видов и сортов сельскохозяйственных культур.

На основе проведенных исследований разработаны системы основной обработки почв, в частности доказана возможность замены на дерново-подзолистых почвах традиционной ежегодной их вспашки периодическим или ежегодным глубоким рыхлением в условиях рационального применения средств химизации. Выявлены основные агроэкологические факторы эффективности известкования кислых почв, что позволило разработать диагностику известкования и рациональные приемы химической мелиорации таких почв, в том числе и за счет удобрений.

Полученные экспериментальные данные позволили обосновать принципы известкования кислых почв в адаптивно-ландшафтном земледелии и, в целом, разработать методологию применения агротехнических и химических мелиораций кислых почв.

Основные защищаемые положения:

1. Агроэкологическое обоснование системы основной обработки кислых почв в сочетании с использованием агрохимических ресурсов, содействующих повышению плодородия этих почв и урожайности возделываемых на них сельхозкультур.

2. Агроэкологические основы мелиорации кислых почв - диагностика известкования, внесение известковых мелиорантов и удобрений, обеспечивающие увеличение продуктивности агроценозов и экологическую безопасность среды агроландшафтов.

3. Базовые принципы рационального использования земель южно-таежно-лесной зоны на основе осуществления их агроэкологической группировки и адаптивных приемов возделывания культур.

Практическая ценность работы и реализация результатов исследований. Разработанные агроэкологические принципы адаптивного земледелия для условий южнотаежно-лесной зоны Западно-Сибирской равнины являются необходимой основой для экологически устойчивого и экономически эффективного развития растениеводства в этой зоне, где почвы

(особенно дерново-подзолистые) отличаются исходно низким плодородием и, как следствие, сравнительно слабой устойчивостью к хозяйственным воздействиям. В этом отношении представляется ценным, что доказана возможность замены на дерново-подзолистых почвах ежегодной вспашки периодическим или ежегодным глубоким рыхлением этих почв в условиях рационального применения средств химизации (минеральных удобрений, известкования, химических препаратов по защите растений). С производственной точки зрения важен и тот, установленный нами, факт, что известкование дает должный эффект на почвах, характеризующихся не только кислой реакцией, но также и другими неблагоприятными для растений физико-химическими свойствами (высоким содержанием подвижных соединений алюминия и марганца, недостатком фосфатов и т.д.).

Основные результаты работы нашли реализацию в земледелии Томской и Новосибирской областей и вошли составной частью в "Адаптивно-ландшафтные системы земледелия Новосибирской области" (1994), а также послужили основой для рекомендаций: "Агропочвенное районирование земледельческой территории Томской области" (1990), "Способы внесения минеральных удобрений под яровую пшеницу в Сибири" (1991), "Известкование кислых почв в Томской области" (1992), "Технологии возделывания пшеницы в Новосибирской области, адаптированные к природным условиям агроландшафтов и производственным ресурсам (Приобье, Приобское плато)" (1995). Материалы исследований использованы в учебном процессе Новосибирского государственного аграрного университета.

Апробация работы. Материалы диссертации опубликованы в виде монографии "Агроэкологические основы мелиорации кислых почв ЗападноСибирской равнины" (1998), представлялись и докладывались на Всесоюзном совещании-семинаре по известкованию кислых почв (Москва, 1989 г.); Всесоюзном совещании по результатам географической сети опытов с удобрениями ("Агроэкологический мониторинг и проблемы расширенного воспроизводства плодородия почв в интенсивном земледелии", Суздаль,

1991 г.); Всероссийском совещании-семинаре "Проектирование и освоение ландшафтных систем земледелия" (Курск, 1992 г.); 1-ом Всероссийском совещании Географической сети опытов с удобрениями и другими агрохимическими средствами "Современные методы планирования эксперимента и проблема агроэкологического мониторинга в ландшафтном земледелии" (Москва, 1993 г.); чтениях, посвященных 100-летию со дня рождения Т.С. Мальцева (Новосибирск, 1995); Всероссийской конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Т.С. Мальцева "Научное наследие Т.С. Мальцева и актуальные проблемы современной агрономии" (Курган, 1995 г.); чтениях, посвященных 85-летию со дня рождения И.И. Синягина (Новосибирск, 1996 г.); Объединенном научном совете СО РАСХН по земледелию "Адаптивный подход в земледелии, селекции, семеноводстве сельскохозяйственных культур в Сибири" (Красноярск, 1996 г.); Международной конференции "Проблемы антропогенного почвообразования" (Москва, 1997 г.); чтениях, посвященных 100-летию закладки первых полевых опытов И.И. Жилинским (Новосибирск, 1997 г.); Общем собрании СО РАСХН "Проблемы устойчивого развития АПК нефтегазоносных районов Среднего Приобья" (Томск, 1997 г.); Общем годичном собрании СО РАСХН (Новосибирск, 1998, 1999 гг.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в монографии "Агроэкологические основы