Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Агроэкологическое состояние плодородия пахотных почв Алтайского Приобья и межгорных котловин Алтая

ВАК РФ 03.02.13, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Агроэкологическое состояние плодородия пахотных почв Алтайского Приобья и межгорных котловин Алтая"

На правах рукописи

Кудрявцев Андрей Ермолаевич

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПЛОДОРОДИЯ ПАХОТНЫХ ПОЧВ АЛТАЙСКОГО ПРИОБЬЯ И МЕЖГОРНЫХ КОТЛОВИН АЛТАЯ

Специальность: 03.02.13 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

2 8 MAP Z013

Уфа-2013 005051114

005051114

Работа выполнена на кафедре почвоведения и агрохимии ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет»

Научные консультанты: [Бурлакова Лидия Макаровна

доктор сельскохозяйственных наук, профессор; Макарычев Сергей Владимирович доктор биологических наук, профессор.

Официальные оппоненты: Багаутдинов Фатих Ягудович

д.б.н., профессор, профессор кафедры агрохимии, защиты растений и агроэкологии Башкирского государственного аграрного университета; Мазиров Михаил Арнольдович д.б.н., профессор, зав. кафедрой земледелия и агрометеорологии РГАУ-МСХА им. К.А.Тимирязева; Вольнов Виктор Васильевич д.с.-х.н., с.н.с., профессор кафедры мелиорации, рекультивации и охраны земель Алтайского государственного аграрного университета.

Ведущая организация: Факультет почвоведения ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова», г. Москва.

Защита состоится 26 апреля 2013 г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д. 220.003.01 при ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет» по адресу: 450001, Республика Башкортостан, г. Уфа, 50- летая Октября, 34 Тел. (83472)-28-15-11. E-mail: bgau@ufanet.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет»

Автореферат разослан 21 марта 2013 г. и размещен на сайте Министерством образования и науки Российской Федерации http://vak.ed.gov.ru/ru/dissertation

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор сельскохозяйственных наук / /^ТЛ- Р.Р.Гайфуллин

Введение

Актуальность темы. С развитием цивилизации человек преуспел в освоении природных, в частности почвенных ресурсов, использование которых далеко не безупречно. Природа начинает отвечать человеку на его порой необоснованное, неразумное воздействие. Возросший за последнее столетие антропогенный пресс на пахотные почвы, как правило, снижает их устойчивое функционирование, провоцирует целый ряд негативных изменений в почвообразовательном процессе, обусловливает снижение продуктивности агроценозов, и даже приводит к опустыниванию. Это отмечают в своих работах ряд учёных, а именно, В.А. Ковда (1981); И.А. Крупеников (1981;1992); Г.В. Добровольский, Е.Д. Никитин (1986); R.W. Arnold, I. Szabolcs, V.O. Targulian, 1990; Ф.И. Козловский (1991; 2003); В.И. Кирюшин (2000); Д.С. Булгаков (2002); И.И. Васенёв, Д.А. Букреев, В.Г. Хахулин (2002), Л.М. Бурлакова (2001, 2005, 2008), Г.Г. Морковкин (2011) и др. По оценкам специалистов, в результате нерачительного использования земельных ресурсов человечество уже утратило около 2 млрд. га некогда плодородных земель, превратив их в антропогенные пустыни - бедленды, что составляет около 3% территории планеты (Куракова, 1976; Розанов, 1984; Новиков, 2000).

В Алтайском крае менее чем за четверть века увеличились площади смытых пахотных почв с 1,1 до 2,9 млн. га, а площади дефлированных за этот же период возросли с 3,8 до 4,3 млн. га. Это свидетельствует, что практически не осталось не затронутых водной и ветровой эрозией пахотных почв. Кроме водной и ветровой эрозии в Алтайском крае к прогрессирующим явлениям деградации специалисты относят также подкисление, ощелачивание, засоление, осолонцевание. Агроэкологический кризис пахотных почв Алтая, несомненно, прослеживается на обобщающем показателе - плодородии, которое в результате использования почвенных ресурсов претерпевает изменения, обусловливающие отклонения от естественного почвообразовательного процесса и как следствие снижает урожайность возделываемых культур.

В настоящее время для пахотных почв Алтая нет методического обоснования, не прописаны «правила», позволяющие проводить агроэкологиче-скую оценку плодородия пахотных почв, которые определяли бы интенсивность происходящих изменений, устанавливали причину этих изменений и вовремя предотвращали кризисную ситуацию. Сложившаяся практика использования пахотных почв и развитие деградационных процессов не может обеспечить сохранение почвенного плодородия. Наступило время, когда дальнейшее использование почвенных ресурсов возможно в рамках строго

скорректированных нагрузок на стратегический ресурс природного комплекса. Актуальность этой проблемы предопределила цель нашей работы.

Цель работы: выявить агроэкологическое состояние плодородия, разработать и апробировать методику проведения агроэкологической оценки, предложить приёмы рационального использования пахотных почв Алтайского Приобья и межгорных котловин Алтая.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Определить современное состояние плодородия пахотных почв.

2. Установить роль природных условий, формирующих плодородие пахотных почв и разработать методику комплексной агроэкологической оценки.

3. Выявить значимость факторов и условий, определяющих интенсивность плоскостной водной эрозии и их влияние на агроэкологическое состояние плодородия пахотных почв.

4. Разработать шкалу оценки специфичных состояний свойств почв, характеризующих почвенное плодородие увязанных с урожайностью яровой пшеницы.

5. Разработать информационно-логическую модель формирования урожайности яровой пшеницы с учётом климатических, геоморфологических, агротехнических и почвенных условий.

6. Разработать уровни агроэкологического состояния плодородия пахотных почв и сформулировать принципы их выделения.

7. Разработать индикаторы свойств почв, позволяющих определять степень агроэкологического состояния плодородия.

8. Провести оценку агроэкологического состояния плодородия пахотных почв основных земледельческих зон края.

На защиту выносятся:

- методика комплексной агроэкологической оценки плодородия пахотных почв разработанная на принципах и системном подходе, выделения уровней агроэкологического состояния;

- разработанная шкала динамичности, характеризующая развитие процессов деградации, обусловленных интенсивностью смыва;

- информационно-логическая модель, учитывающая почвенно-климатические, геоморфологические и агротехнические условия;

- уровни агроэкологического состояния плодородия пахотных почв, впервые разработанные на основе индикаторов параметров плодородия, степени и интенсивности деградации, совокупности почвенного покрова и геоморфологических условий;

- информационно-логическая модель формирования урожайности яровой пшеницы, учитывающая природные условия и антропогенное воз-

действие, позволяющая провести агроэкологическую оценку плодородия пахотных почв уровней агроэкологического состояния;

- диагностическая шкала оценки свойств пахотных почв, участвующих в формировании урожая на основе специфичных состояний;

- агроэкологическое ограничение на использование земельных ресурсов в пашне с учётом выделенных уровней агроэкологического состояния, предотвращающее деградацию, сохраняющее и повышающее плодородие-

Научная новизна работы

Для пахотных почв Алтайского Приобья и межгорных котловин Алтая предложена методика агроэкологической оценки плодородия пахотных почв с учётом интенсивности деградационных процессов.

Разработана шкала динамичности, индикаторы свойств почв, степень деградации, характеризующие агроэкологическое состояние пахотных почв, позволяющее выявить и выделить уровни агроэкологического состояния.

Впервые установлены уровни агроэкологического состояния пахотных почв, позволяющие оценить плодородие, интенсивность деградационных процессов различных зональных земледельческих почв.

Определены величины проявления плоскостного смыва, происходящего в пахотных почвах Алтайского Приобья и межгорных котловин Алтая с использованием информационно-логического анализа, позволяющего прогнозировать их развитие, с разработкой мероприятий по предотвращению.

Разработана информационно-логическая модель формирования урожайности яровой пшеницы, оценивающая уровни агроэкологического состояния, учитывающая климатические, геоморфологические, почвенные условия и основные агротехнические способы обработок почв.

Предложена диагностическая шкала оценки параметров свойств пахотных почв, участвующих в формировании урожая на основе специфичных состояний.

Практическая значимость работы

Разработана система экологических ограничений использования земельных ресурсов в пашне с целью создания экологического равновесия интенсивно используемых территорий в сельскохозяйственном производстве, приостановления развивающихся деградационных процессов, сохранения и повышения плодородия почв.

Материалы диссертационной работы использованы для оценки агроэкологического состояния плодородия пахотных угодий Алтайского Приобья и межгорных котловин Алтая. Разработаны технологические рекомендации по повышению плодородия пахотных почв в хозяйствах: СПК «Кок-синское», СПК «Русь», ЗАО «Терек», СПК «Центральный», являющихся

типичными эталонами основных почвенно-климатических зон земледельческой территории края.

Основные теоретические положения и результаты исследований используются в лекциях по дисциплинам «Почвоведение», «Физика почв», «Прогнозирование и планирование рационального использования земельных ресурсов», при проведении семинарских, лабораторно-практических занятий, при выполнении курсовых и дипломных работ на агрономическом факультете Алтайского ГАУ.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и публиковались в материалах VIII Всесоюзного съезда почвоведов (Новосибирск, 1989), IV съезда почвоведов России (Новосибирск, 2004), V съезда Общества почвоведов им. В.В. Докучаева (Ростов, 2008); международной конференции, посвящённой 100-летию со дня рождения П.Г. Адерихина «Черноземы Центральной России: генезис, география, эволюция» (Воронеж, 2004); Международной научно-практической конференции «Роль почв в сохранении устойчивости ландшафтов и ресурсосберегающее земледелие» (Пенза, 2005); Международной научно-практической конференции, посвященной 65-летию Победы в Великой Отечественной войне «Новые направления в решении проблем АПК на основе современных ресурсосберегающих, инновационных технологий» (Волгоград, 2010); Всероссийской научной конференции «Закономерности изменения почв при антропогенных воздействиях и регулирование состояния и функционирования почвенного покрова» (Москва, 2011); на научно-практических конференциях Алтайского ГАУ (г. Барнаул, 1996-2012 гг.).

Опубликовано 76 работ, в том числе по теме диссертации - 60, из них 11 работ, в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК РФ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, предложений производству, списка литературы. Изложена на 366 страницах компьютерного текста, содержит 46 таблиц, приложений - 19 иллюстрирована 67 рисунками. Список литературы включает 433 источника, в том числе 16 на иностранных языках, 10 ссылок на веб-ресурсы.

Автор выражает глубокую признательность научному консультанту доктору сельскохозяйственных наук, профессору, Заслуженному деятелю науки РФ Лидии Макаровне Бурлаковой за помощь в проведении и подготовке работы, а также сотрудникам кафедры почвоведения и агрохимии.

Глава 1. Современные проблемы оценки агроэкологического состояния плодородия пахотных почв

Агроэкологической оценке плодородия пахотных почв посвящено немало публикаций. Косвенно об агроэкологическом состоянии пахотных почв при использовании земельных ресурсов в сельском хозяйстве обсуждали в своих работах В.В. Докучаев (1883, 1936), В.Р. Вильяме (1949), А.Т. Болотов (1952) и др. В настоящее время агроэкологические вопросы плодородия пахотных почв приобретают большую актуальность, освещаются в работах Д.С. Булгакова и др. (1962, 1964,1971, 1979, 1981); В.А. Ковды (1981); И.А. Крупеникова (1981;1992); Б.В. Виноградова, (1984); Ф.И. Козловского (1991; 2003); K.M. Петрова, (1997); В.АЛерникова, А.И. Чекереса, (2000); Г.В. Добровольского (2002); В.И. Кирюшина, А.Н.Власенко, (2002); Г.В. Добровльского, Е.Т. Никитина (1986, 2006); В.И. Кирюшина, А.Л. Иванова, (2005); A.B. Смагина, H.A. Азовцевой и др. (2005); Н.П. Сорокиной, (2003, 2006); JI.O. Карпачевского, (2005); J1.M. Бурлакова, А.Е. Кудрявцев (2005,2006,2008)и др.

Большинство исследователей рассматривают такие направления как агроэкология загрязнения, вторичного засоления, заболачивания, оптимизации структуры посевных площадей, экологическое состояния почв в связи с озеленением городских территорий и др. Острейшей экологической проблемой в агроэкологии считают деградацию пахотных почв, провоцирующую агроэкологическую напряженность плодородия, под которой мы понимаем истощение потенциального и эффективного плодородия, обусловленного совокупностью природных условий и антропогенной деятельностью в виде эрозионных процессов. Особенности агроэкологической оценки плодородия пахотных почв в условиях Алтайского края требуют исследований, позволяющих более точно определить агроэкологическую ситуацию, уровень снижения продуктивности агроценозов, оценить и приостановить направленность происходящих изменений.

Глава 2. Объекты и методы исследований

Объектами исследований послужили пахотные почвы, расположенные в зоне черноземов засушливой и умеренно засушливой колочной степи, зоне черноземов выщелоченных и серых лесных почв лесостепи, зоне черноземов предгорных равнин и межгорной котловине Алтая, и их уникальное свойство - плодородие, которое деградирует с течением времени. Климат рассматриваемых почвенно-климатических зон контрастно различим и существенно значим не только в почвообразовательных процессах, но и в использовании земельных ресурсов, развитии деградационных процессов, обусловливающих агроэкологическое состояние плодородия пахотных почв.

Более благоприятными территориями для эффективного плодородия, следует считать умеренно-теплый увлажненный <2Ч>10°С 2000°С, осадков 604 мм в год, 381 мм - за вегетацию) и умеренно-теплый достаточно увлажненный климат (2>10°С 2100°С, осадков 570 мм в год, 334 мм - за вегетацию). Теплый недостаточно увлажненный климат (£С>10оС 2200°С, осадков 384 мм в год, 218 мм за вегетацию) не способствует высокому уровню эффективного плодородия за счет малого количества осадков, а умеренно-прохладный увлажненный (£е>10°С 1800°С, осадков 565 мм в год, 439 мм за вегетацию) характеризуется достаточным количеством осадков, но недостаточным количеством тепла.

Рельеф исследуемых территорий характеризуется контрастностью, пространственной неоднородностью, определяет интенсивность почвообразовательных, эрозионных и денудационных процессов, почвенный покров, использования земельных ресурсов в пашне и др. Согласно геоморфологического районирования Алтайского края исследуемые территории именуют Приобским плато (колочная степь), Бие-Чумышской возвышенностью (лесостепь), Предалтайской равниной (предгорные равнины) и межгорными котловинами Алтая (Г.В. Занин, 1958). Пахотные почвы колочной степи на 85% расположены на слабо-покатых склонах, чуть более 14% на пологих склонах, в лесостепи, соответственно, 54 и 43%. Предгорные равнины и межгорные котловины Алтая имеют несколько иную геоморфологическую характеристику. Менее чем на 50% распаханы слабо-покатые склоны, более 10% - покато-крутые и до 1% крутые. На наш взгляд, климатические условия и геоморфологическое состояние пахотных почв является важными при агроэкологической оценке плодородия.

При вовлечении земельных ресурсов в пашню естественные биоценозы заменяют на агроценозы. Агроценозы существенно отличаются от природных биоценозов интенсивностью биологического круговорота веществ в природе и их влиянием на многие слагаемые почвообразовательного процесса, вследствие чего природный ход почвообразования меняется на «культурный» почвообразовательный процесс, который именуют агропедогене-зом. В Алтайском крае преобладающими культурами являются зерновые, в отдельные годы они занимают более 60% пашни. Наряду с зерновыми возделывают крупяные, пропашные и технические культуры, требующие специальных способов обработок, обусловливающих развитие деградационных процессов. Степная часть Алтая распахана на 60-75%. В лесостепной зоне в пашню вовлечено около 50-60% почв. В значительно меньшей степени освоены предгорные территории Алтая, где распахано 40-50% земельных ресурсов. Практически не освоенными являются территории межгорных котловин Алтая, где в пашне используют около 2% почв. На этих территориях

земледелие ведется очагами. В пашню вовлечены склоны крутизной более 10°, что, безусловно, определяет агроэкологическую состояние плодородия.

Определенная нами цель предусматривает агроэкологическую оценку плодородия пахотных почв на основе выделяемых уровней агроэкологиче-ского состояния. Решение такой цели возможно лишь при комплексном использовании существующих в почвоведении и агроэкологии методов исследований, таких как сравнительно-географический, комплексного картографирования, почвенно-геоморфологических профилей, профильный метод, экстраполяции и интерполяции, математические методы.

Лабораторные исследования морфологических, химических, физико-химических и физических свойств почв проводили общепринятыми методами (Антипов-Каратаев, Келлерман, Хан 1948; Аринушкина, 1961; Орлова 1969, Вадюнина, Корчагина, 1986; Парфенова, Ярилова 1977) в лаборатории «Агрогенеза и плодородия агрогенных почв» кафедры почвоведения и агрохимии АГАУ.

Интенсивность деградационных процессов определяли после схода снежного покрова по уменьшению мощности гумусового горизонта, согласно классификации С.С. Соболева (1961) и по уменьшению содержания гумуса согласно классификации М.Н. Заславского (1979). Интенсивность смыва определяли согласно классификации Г.П. Сурмача (1954). Учет смыва почв проводили методом определения объема струйчатых размывов по С.С. Соболеву (1961). Исследования проводили с 2000 по 2010 гг.

Для установления агроэкологического состояния плодородия пахотных почв использовали ведомственные архивные материалы с 1964 г. Для определения современного состояния плодородия пахотных почв проводили почвенную и агрохимическую корректировку.

ГлаваЗ. Эрозионная оценка процессов, способствующих агроэкологической напряженности пахотных почв

3.1. Интенсивность эрозионных процессов исследуемых территорий

Исследования позволили определить интенсивность эрозионных процессов в пахотных почвах, которые определяют агроэкологическое состояние плодородия. Установлено, что территории колочной степи и лесостепи менее подвержены эрозионным процессам, поскольку интенсивность смыва пахотных почв, в большинстве случаев соответствует средней, значительной и сильной норме смыва (от 3 до 30 м3/га). Сильным и очень сильным смывом (от 15 до 32 м3/га) характеризуются пахотные почвы территории предгорных равнин и межгорных котловин Алтая.

3.2. Влияние климатических условий на интенсивность смыва почв талыми водами

По мнению В.В. Докучаева (1883, 1949), С.С. Соболева (1961), В.В. Орловой (1962), Н. Гудзон (1974), Г.И. Швебс (1974), Л.М. Бурлаковой (1984) и др. в развитии эрозионных процессов определяющим фактором является климат, провоцирующий агроэкологическое состояние плодородия пахотных почв.

Определено влияние высоты снежного покрова и запасов воды в снеге на интенсивность смыва почв талыми водами. Установлено, что высота снежного покрова коррелирует с количеством смытой почвы. Наименьшая высота снежного покрова <10-20 см определяет слабую и среднюю интенсивность смыва, высота снежного покрова более 50 см сильную и очень сильную. Однако при таких значениях высоты снежного покрова количество смытой почвы может, как увеличиваться до значительного, так и уменьшаться до слабого, что обусловлено другими природными условиями, оказывающими влияние на интенсивность смыва. Ими могут быть крутизна склона, наличие растительного покрова, способ основной обработки почвы, повышенная активность солнечной радиации при весеннем снеготаянии и др.

Влияние запасов воды в снеге на величину смыва более значимо, чем высота снежного покрова. При запасах воды в снеге 50 мм и менее интенсивность смыва не превышает среднего уровня, увеличение запасов воды в снеге до 110 мм и более приводит к увеличению интенсивности смыва почв до сильных и очень сильных значений. При максимальных значениях воды в снеге (более 110 мм) может происходить снижение интенсивности смыва. Такая особенность, на наш взгляд, обусловлена замедленным процессом снеготаяния, либо нахождением пахотных почв на северных склонах, либо другими природными условиями.

3.3. Влияние рельефа на интенсивность смыва почв талыми водами

Рельеф, как и климат, может, увеличивать, или снижать интенсивность смыва почв талыми водами и тем самым определять агроэкологическое состояние плодородия пахотных почв. Выявлено, что с увеличением крутизны склона увеличивается интенсивность смыва. На слабопокатых склонах этот показатель не превышает среднего уровня. На пологих склонах интенсивность смыва увеличивается и характеризуется средним смывом. Однако на слабопокатых и пологих склонах интенсивность смыва может достигать сильного и очень сильного уровня. Это указывает на то, что в некоторых случаях интенсивность смыва может быть обусловлена не только крутизной склона. Немаловажным фактором, определяющим интенсивность эрозионных процессов, считают длину склонов. Установлено, что с увели-

чением длины склона в три раза интенсивность смыва увеличивается в 10 раз. Слабая интенсивность смыва проявляется на склонах длиной до 500 м, максимально возможная интенсивность смыва на склонах от 1,5 км и более.

В.М. Уваров (1980); А.Д. Орлов (1983); С.Р. Ковалева (1992);

A.Ф. Путилин (2002) и др. отмечают, что в Западной Сибири склоны южной экспозиции гораздо сильнее подвержены процессам смыва почв в весенний период, чем склоны северной экспозиции. Наши исследования позволили установить, что максимальной интенсивностью смыва характеризуются склоны южной, юго-западной и юго-восточной экспозиций, от значительной до очень сильной. На северных склонах объем смытого материала не превышает 15 м3/га.

Немаловажным фактором, определяющим интенсивность смыва, считают часть склона. Исследованиями выявлена четкая закономерность увеличения смыва почвы от водораздела к нижней части склона Пахотные почвы, расположенные на водоразделах, как правило, не эродированы или характеризуются слабой интенсивностью смыва. В верхней части склона, в большинстве случаев, отмечается значительная и средняя интенсивность смыва. Специфичные состояния, характеризующие объем смыва средней части склона находятся в интервалах 15-30 м3/га. Интенсивность смыва в нижней части склона неоднозначна. Специфичные состояния интенсивности смыва в этой части склона соответствуют слабой, средней, сильной, значительной и очень сильной интенсивности. В первом случае формируются среднесмытые и сильносмытые почвы, во втором - слабосмытые, или намытые.

3.4. Влияние агротехнических приемов на интенсивность смыва почв талыми водами

Исследуя противоэрозионную устойчивость почв при антропогенном воздействии, было установлено, что интенсивность смыва при весеннем снеготаянии зависит от смены растительных формаций (биоценоз, агроце-ноз) и способов обработок (отвальная, плоскорезная и нулевая - с осени не обрабатываемое поле), и как следствие определяет агроэкологическое состояние плодородия пахотных почв. Используя материалы А.Д. Орлова,

B.М. Уварова, А.Ф. Путилина выявлено, что биоценоз обладает более высокой противоэрозионной устойчивостью по сравнению с агроценозом, а в агроценозе наиболее устойчивым фоном являются многолетние травы. В посевах многолетних трав интенсивность смыва по абсолютным значениям не превышает экологически допустимой нормы смыва.

Объем смытой почвы по видам обработок может находиться в интервалах от 3 до 30 и более 30 м3/га, в отдельные годы на обрабатываемых

склонах сток может отсутствовать. Наибольший смыв почвы, как правило, фиксируется на почвах обрабатываемых отвально - более 30 м3/га, наименьший с осени не обрабатываемое поле 8-15 м3/га. Иногда смыв почв при отвальной обработке настолько высок, что может приводить к потере пахотного горизонта за один сезон. Противоэрозионная устойчивость почв к смыву при плоскорезной обработке характеризуется средними значениями и составляет 15-30 м3/га. В отдельные годы смыв почв, обработанных плоскорезом, может отсутствовать даже на склонах крутизной 6°. Это можно объяснить тем, что проявление эрозионных процессов не может быть обусловлено одним каким-то фактором, например крутизной склона или обработкой. Развитие эрозионных процессов - это совокупность факторов, обуславливающих интенсивность смыва. Однако, в этой совокупности один из факторов порой является ведущим. Повышенной противоэрозионной устойчивостью к смыву характеризуются почвы, не обрабатываемы с осени, то есть почвы со стерней. Поскольку стерня защищает поверхность почвы, это обуславливает «щадящие» условия весеннего снеготаяния, чем на почвах, обрабатываемых отвально и культиватором-плоскорезом.

Таким образом, рассматриваемые агротехнические приемы определяют не только плодородие пахотных почв, но и противоэрозионную устойчивость. Установлено, что лучшим агротехническим приемом, определяющим противоэрозионную устойчивость, следует считать нулевую обработку.

3.5. Противоэрозионная устойчивость почв

Противоэрозионная устойчивость, и как следствие, агроэкологическое состояние плодородия пахотных почв определяется комплексом физико-механических, водно-физических, химических свойств. В свое время определяя эрозионную стойкость тех или иных свойств почв Ц.Е. Мирцхулов (1970); Brandford, Piest (1977); Wischmeier (1978); Dong et al. (1983) выстраивали линейные уравнения. Единой точки зрения в значимости свойств почв участвующих в эрозионной стойкости нет, да и быть не может, поскольку противоэрозионная устойчивость свойств почв, зачастую определяется природными условиями, а почвенные условия лишь сопутствующая составляющая рассматриваемого процесса. Для выявления значимости свойств почв в эрозионной стойкости нами использовался информационно-логический анализ. Было установлено влияние содержания в почве физической глины, гумуса, илистой фракции, водопрочных агрегатов, пористости, структурных агрегатов, водопроницаемости, плотности, на эрозионную стойкость почв.

3.6. Модель величины смыва пахотных почв

Установленное влияние природных условий и факторов позволило построить информационно-логическую модель интенсивности смыва на пахотных почвах Алтайского Приобья и межгорных котловин Алтая. Рассматриваемые факторы и условия в модели выстроены в порядке общей информативности и эффективности канала связи и их убывающего влияния на смыв почвы.

Ис = Кс В \У 13 (Эс Н Ьс Н (О Н Ва В (Вп Н Са И (Р Н Фг В (С Н Ил Н Оз)))))

где Ис - ранг величины интенсивности смыва почвы; Кс - крутизна склона, град.; - запасы воды в снеге, мм; Эс - экспозиция склона; Ьс - длина склона, км; О - основные обработки почвы; Фг - содержание физической глины, %; С - содержание гумуса, %; Ил - содержание илистой фракции, %; Ва - водопрочные агрегаты, %; Р - пористость, %; Са - структурные агрегаты, %; Вп - водопроницаемость, мм; Оз - осенние запасы влаги (0-20 см),

мм; Н - знак операции логической функции нелинейного произведения.

Построенная модель позволяет установить, что наибольшее влияние на интенсивность смыва оказывают такие природные условия, как рельеф и климат. Менее значимыми условиями, являются обработки почв и свойства почв. Однако, обработки почв при определённых условиях могут быть более значимыми, чем климатические и геоморфологические условия. Основными свойствами почв, определяющими их противоэрозионную устойчивость, следует считать структурно-агрегатный состав. Остальные свойства почв влияют на эрозионную стойкость косвенно, через эти показатели.

Использование этой модели для исследуемой территории позволяет прогнозировать смыв почвы, основываясь на результатах прогноза, планировать противоэрозионные мероприятия, способствующие приостановлению деградационных процессов. Эту модель можно решать с использованием специфичных (наиболее вероятных) значений состояния смыва почвы по каждому рассмотренному фактору - ар1ументу.

Глава 4. Особенности агроэкологической оценки динамичности плодородия пахотных почв

Установить агроэкологическое состояние возможно лишь при наличии аналитического материала и существующей методики позволяющей подтвердить или опровергнуть агроэкологическую ситуацию. Поэтому проведена статистическая обработка и установлены границы динамичности плодородия таких свойств почв как мощность гумусового горизонта, содержание гумуса, реакции среды, содержание физической глины, илистой фракции, структурно-агрегатного состава, подвижных элементов питания.

Под динамичностью параметров плодородия понимаем скорость их изменения во времени и пространстве, которые в целом оценивают пахотные почвы как природную систему.

Основой для разработки динамичности параметров плодородия послужила шкала, предложенная Б.В. Виноградовым (1993), которая оценивает скорость экологических нарушений ареалов природных систем, но не позволяет проводить оценку изменений плодородия пахотных почв. Плодородие, в этом контексте, мы рассматриваем как набор свойств почв, характеризующих природную систему, именуемую пахотными почвами, которые в совокупности определяют целостность пахотных почв. Для агроэкологиче-ской оценки динамичности параметров плодородия разработана шкала, определяющая скорость агроэкологических нарушений, которая позволяет называть стабильными отклонениями изменения параметров плодородия не выше 0,3% в год, что соответствует первой степени динамичности и характеризует естественный почвообразовательный процесс. Умеренно динамичные отклонения соответствуют второй степени динамичности с отклонениями от 0,3% до 0,5% в год. Деградацию параметров плодородия пахотных почв от 0,5% до 1% в год следует относить к средне динамичным отклонениям, это третья степень динамичности, а выше 1% в год к сильно динамичным - четвертая степень динамичности.

4.1. Гранулометрический состав пахотных почв и его динамичность

Исследования позволили установить динамичность гранулометрического состава пахотных почв за последние 10-40 лет. В черноземных почвах среднесуглинистых разновидностей колочной степи содержание физической глины достоверно уменьшилась на 0,42%, в том числе илистой фракции на 0,23%. В лесостепи изменения физической глины составили 0,32% или 0,08% в год. В предгорных равнинах содержание физической глины уменьшалось на 0,06%, в межгорной котловине на 0,24% в год, а илистой фракции, соответственно, на 0,03% и 0,08%. Если предположить, что интенсивность процессов, связанных с уменьшением содержания физической глины будет протекать с той же скоростью, что и сейчас, то в колочной степи черноземы выщелоченные через 6 лет, а черноземы обыкновенные через 21 год станут легкосуглинистыми.

4.2. Мощность гумусового горизонта пахотных почв и ее динамичность

В середине прошлого века, пахотные почвы Алтайского края по мощности характеризовались, в основном, среднемощными видами (Почвы..., 1959; Бурлакова, 1984; Грибов, 1997; Морковкин, 2000, 2011). Нашими исследованиями установлено, что мощность гумусового горизонта пахотных

почв на современном этапе находится в доверительных интервалах от 30 до 69 см, что характеризует их как маломощные и среднемощные.

В структуре почвенного покрова колочной степи, лесостепи и предгорных равнин в пашне представлены, в основном, среднемощные виды. Они занимают соответственно 90,4%, 94,6% и 82,5% от площади пашни. Однако мощность гумусового горизонта пахотных почв колочной степи и лесостепи среднемощных видов находится на границе с маломощными видами. В межгорных котловинах Алтая большая часть территории пахотных почв представлена маломощными видами - 56,8%.

Наибольшим изменениям подвержены пахотные почвы лесостепи, причем темно-серые лесные и черноземы оподзоленные «теряют» гумусовый горизонт интенсивней - до 0,8 см в год. Это обусловлено тем, что они характеризуются меньшей противоэрозионной устойчивостью. Существенно значимые изменения мощности гумусового горизонта происходят в колочной степи и межгорных котловинах Алтая. Средние показатели мощности гумусового горизонта черноземов выщелоченных, обыкновенных и обыкновенных карбонатных находятся на границе изменения видовой принадлежности. Некоторые из них изменили свою видовую принадлежность, на что указывают нижние границы доверительного интервала (мощность менее 40 см), в среднем эти пахотные почвы теряют 0,43-0,44 см в год плодородного слоя. В меньшей степени изменяется мощность гумусовых горизонтов черноземов типичных тяжелосуглинистых разновидностей предгорных равнин, где потери составляют 0,13 см в год. Это обусловлено тем, что пахотные почвы тяжелосуглинистых разновидностей характеризуются лучшей противоэрозионной стойкостью.

4.3. Содержания гумуса в пахотных почвах и его динамичность

Результаты исследований Е.А. Афанасьева (1966); Н.П. Лебедева (1975); Л.М. Бурлаковой (1986) С.И. Грибова (1997) Г.Г. Морковкина (2000) и др. обоснованно констатируют, что в пахотных почвах Алтая при интенсивном бессистемном использовании снижается количество гумуса. В 50-е годы прошлого века черноземные почвы были представлены только среднегумусными и тучными видами, в 70-е годы они претерпели изменения и все тучные виды перешли в разряд среднегумусных. В своё время Морковкин Г.Г. установил, что «за 100 лет сельскохозяйственного использования в почвах потеряно более половины содержания гумуса, скорость потерь особенно высока на современном этапе» (Морковкин, 2000). В настоящее время в структуре почвенного покрова присутствуют малогумус-ные и даже слабогумусированные виды. В почвенном покрове предгорных равнин и межгорных котловин Алтая, в основном, среднегумусные виды, а

слабогумусированные отсутствуют, в то время как в колонной степи и лесостепи основу составляют малогумусные и слабогумусированные виды, они занимают соответственно 92,6%, 82,3%, 98,5%, 41,9% от площади пашни.

Определено, что в лесостепи, пахотные почвы теряют в год до 0,09% гумуса. В предгорных равнинах, межгорных котловинах Алтая и колочной степи интенсивность дегумификации ниже и находится в интервалах от 0,01 до 0,02% в год.

Процессы дегумификации в пахотных почвах, можно объяснить происходящими изменениями в качественном составе гумусовых веществ. Для этого использовали результаты собственных исследований и И.И. Кармано-ва (1965), В.А. Хмелева (1968), Л.М. Бурлаковой (1986). Установлено, что черноземные почвы характеризуются высокой интенсивностью гумификации. В то же время интенсивность процесса гумификации с течением времени претерпевает изменения. Самые ранние исследования по изучению качественного состава гумуса (Карманов 1965; Хмелев 1968) констатируют, что черноземные почвы характеризовались гуматным и фульватно-гуматным типом гумуса. С течением времени отношение гуминовых кислот к фульвокислотам уменьшилось (Бурлакова, 1986). Наши исследования указывают на то, что эти изменения находятся на грани фульватного типа гуму-сообразования, кроме этого прослеживается четкая закономерность уменьшения фульфокислот. На наш взгляд, уменьшение количества фульвокис-лот и, в тоже время, их большая доля в общем объеме гумусовых веществ обусловлена эрозионными процессами. Мы не отрицаем, что в агрогенных почвах приход органического вещества, при соблюдении системы земледелия, действительно должен быть выше, чем в целинных почвах. В то же время почвы, вовлекаемые в пашню, становятся более уязвимыми к воздействию эрозионных процессов.

4.4. Особенности агроэкологической оценки динамичности реакции среды в пахотных почвах исследуемых территорий

Реакция среды пахотных почв, составляющих основу исследуемых территорий изменяется от слабокислой до слабощелочной. Пахотные почвы со слабокислой реакцией среды, в основном, встречаются в лесостепи, они представлены серыми лесными почвами и черноземами оподзоленными. При сопоставлении среднеарифметических показателей временных изменений реакции среды прослеживается динамика подкислении почвенного раствора. Статистически доказуемые изменения происходят на серых лесных и черноземах оподзоленных, расположенных в лесостепи.

4.5. Структурно-агрегатный состав пахотных почв и его динамичность

Для оценки происходящего процесса агрегации в пахотных почвах использовали материалы К.П. Горшенина (1955), А.П. Трубецкого, В.П. Панфилова (1968), И.Т. Трофимова (1967, 1972) и собственные исследования. Установлено, что с течением времени прослеживается тенденция деструкции, причем этот процесс менее выражен в черноземах тяжелосуглинистых тучных и в большей степени в черноземах оподзоленных и серых лесных почвах. На современном этапе в перегнойно-аккумулятивных горизонтах пахотных почв количество агрономически ценных водопрочных агрегатов не превышает 30%, а иногда снижается до 12%. Лучшим структурно-агрегатным составом характеризуются пахотные почвы предгорных равнин и межгорных котловин Алтая, худшим - пахотные почвы умеренно засушливой колонной степи и лесостепи.

Природу процесса агрегации оценивали методом «анатомирования» почвенных агрегатов. Проведенные исследования показали, что процесс агрегации в большинстве случаев осуществляется за счет гумусовых веществ. Общее содержание фульвокислот, участвующих в агрегации 14-22%, а гу-миновых кислот 17-30% от общего углерода.

Процесс агрегации почв предгорных равнин Алтая, а также почв с менее интенсивной нагрузкой, обусловлен гуматами железа, кальция, магния. В пахотных почвах колочной степи и лесостепи структура, в основном, формируется за счет фульватно-гуматных соединений кальция и магния. Более интенсивная нагрузка на пахотные почвы формирует фульватный тип гумусовых веществ, который не способен сформировать водопрочную качественную структуру. Клеящее вещество на основе фульвокислот одновалентных катионов непрочное, и при поступлении в почву воды структура легко рушится, не обладает противоэрозионной стойкостью.

4.6. Оценка динамичности подвижных элементов питания

Для оценки динамичности подвижных форм макроэлементов использовали материалы собственных исследований, Федеральной государственной агрохимической службы «Алтайский» по Алтайскому краю, ОАО «АлтайНИИГипрозем» и литературные данные (Розанов, 1959; Бурлакова, 1988 и др.). Установлено, что наиболее подвержены изменениям пахотные почвы межгорных котловин Алтая, которые характеризуются средне- и сильно-динамичными отклонениями. Пахотные почвы колочной степи и лесостепи по степени динамичности подвижных элементов питания характеризуются умеренно- и среднединамичными отклонениями. Динамичность подвижных элементов питания зависит от множества факторов и условий, которые существенно изменяют мобилизацию подвижных элементов пита-

ния и при определенных условиях могут характеризоваться умеренно, средне- и сильно-динамичными отклонениями.

Имеющийся материал позволил определить значимость в мобилизации подвижных элементов питания таких факторов и условий, как температура почвы в весенний период времени, способы обработок почвы, структурно-агрегатный состав, содержание влаги в почве, порозность почв, плотность почв, содержание гумуса, содержание илистых частиц, физической глины, реакция среды, мощности гумусового горизонта. Перечисленные факторы и условия обосновывают степень динамичности в пространстве и во времени подвижных элементов питания и определяют их роль при агро-экологической оценке.

Глава 5. Агроэкологическая оценка плодородия пахотных почв

Оценивая плодородие пахотных почв с позиции основного критерия -урожайности, определяющего, как агроэкологическое состояние, так и экономические показатели землепользователей следует отметить, что по Алтайскому краю средняя урожайность зерновых за последние 5 лет составляет 1,04 т/га, которыми засевают от 40 до 90% площади пашни. Сравнивая урожайность исследуемых территорий с урожайностью по краю, можно констатировать, что в исследуемых почвенно-климатических зонах она выше, чем в среднем по Алтайскому краю. Причем, различия между урожайностью на исследуемых территориях и в целом по краю, достоверны на 95% уровне значимости.

В рассматриваемых почвенно-климатических зонах наибольшей хозяйственной урожайностью яровой пшеницы характеризуется территория лесостепи, биологической предгорные равнины и межгорные котловины Алтая, что можно объяснить природными условиями.

5.1. Влияние климатических и геоморфологических условий на урожайность яровой пшеницы

Оценить влияние климата на урожайность сложно, как правило, в качестве оценочного показателя исследователи используют гидротермический коэффициент. Полученные нами результаты свидетельствуют о том, что оптимальным значением сочетания тепла и влаги при возделывании яровой пшеницы следует считать значение ГТК, соответствующее 1,4. Значение выше 1,4 не способствует увеличению урожайности яровой пшеницы, что позволяет утверждать о недостатке тепла в период вегетации. Минимальные значения ГТК <0,95 позволяют формировать урожайность яровой пшеницы, не превышающую 1,4 т/га.

Изучив влияние крутизны склонов, экспозиции, частей склонов на урожайность яровой пшеницы установлено, что пахотные почвы, расположенные на слабопокатых и пологих склонах, склонах северных экспозиций и водоразделе формируют более высокие значения урожайности - от 1,8 до 2,6 т/га и более. Склоны крутизной выше 5 градусов, а также южных экспозиций менее продуктивны.

5.2. Влияние свойств почв на урожайность яровой пшеницы

Влияние потенциального и эффективного плодородия на урожайность не всегда однозначно. Наши исследования позволили определить значимость запасов продуктивной влаги, влажности почвы, плотности, порозно-сти, содержания илистой фракции, физической глины, гумуса, мощности гумусового горизонта, структурно-агрегатного состава, реакции среды, нитратного азота, аммонийного азота, подвижного фосфора и обменного калия на урожайность яровой пшеницы.

Определив влияние почвенных условий и факторов на урожайность, можно сделать вывод, что максимальные значения рассматриваемых свойств почв не всегда соответствуют максимально возможным значениям урожайности. При максимальных значениях свойств почв мы не всегда можем получать максимально возможную урожайность. Из этого следует, что в формировании урожайности участвуют не только параметры потенциального плодородия, но и другие природные и антропогенные условия.

В настоящее время в почвоведении такими исследователями как А.Г. Бондарев (1961); А.И. Шевлягин (1961); H.A. Качинский (1965); A.A. Роде (1965); ЭЛ. Китсе (1975, 1982); В.П. Панфилов и др. (1977); ЭА. Репко (1977); Г.П. Гамзиков (1981); В.В. Медведев (1982, 1988); А.Ф. Вадюнина, З.А. Корчагина (1986); В.Ф. Вальков (1986); Т.Н. Рябова (1988) и др., разработаны оценочные критерии, которые используют при характеристике свойств почв. С одной стороны, это удобная схема, позволяющая характеризовать почву с позиции естественного плодородия, с другой стороны необходимо конкретизировать рассматриваемое свойство, а лучше его рассматривать с позиции влияния на урожайность. Естественно, при таком подходе целесообразно исследования по выявлению влияния параметров плодородия на эффективную часть проводить сопряжено.

Существующие классификации, которые характеризуют состояние свойств почв в виде интервалов с присвоенными им «именами» (например, слабогумусированные, легкосуглинистые и т.д.), в большинстве случаев отображают интенсивность протекающих почвообразовательных процессов, но не учитывают воздействие свойства почв на урожайность, а некоторые свойства почв вообще не имеют классификационных единиц. Проведённые исследования позволяют нам предложить качественную оценку свойств

почв с учетом урожайности на основании установленных специфичных состояний. Предлагаемая качественная оценка позволяет более полно характеризовать то состояние рассматриваемого свойства почвы, которое благоприятно для получения более высоких урожаев в исследуемых природных условиях (табл. 1).

Таблица 1

Оценка свойств почв по специфичным состояниям

Интервалы значений

специфичных состояний предлагаемые по специ-

Свойства почв урожайность общепринятые фичным состояниям

свойства почв яровой пше- классификации урожайности яровой

ницы, т/га пшеницы

Гумус, % <3 0,6-1,0 слабогумусир. удовлетворит.

3-4 1,8-2,6 слабогумусир. хорошее

4-6 >2,6 малогумусные отличное

6-9 2,2-2,6 среднегумусн. отличное

>9 1,8-2,2 тучные хорошее

Мощность <32 0,6 маломощные неудовлетворит.

гумусового 40 1,8-2,2 маломощные удовлетворит., хорош.

горизонта, 48 2,6 среднемощные отличное

см 56 2,6 среднемощные отличное

>56 1,8-2,2 среднемощные хорошо

рН <6,5 1,0-1,8 слабокислая удовлетв., хорошее

6,5-6,8 1,8-2,6 нейтральная хорошее, отличное

6,8-7,1 2,6 нейтральная отличное

7,1-7,4 2,2-2,6 слабощелочная отличное

>7,4 1,8-2,2 щелочная хорошее

N/N03, <1,0 0,6 очень низкое неудовлетворительное

мг/100 г 1,0 1,0-1,4 низкое удовлетворительное

почвы 2,0 1,8 среднее хорошее

3,0 2,2 повышенное хорошее

4,0 2,6 высокое отличное

>5,0 >2,6 очень высокое отличное

Р205 мг/100 <2 0,6 очень низкое неудовлетворительное

г почвы 2 1,0-1,4 низкое удовлетворительное

5 1,4-2,0 среднее хорошее

10 2,2 повышенное хорошее

15 >2,6 высокое отличное

>20 1,0 очень высокое удовлетворительное

К20 мг/100 г <3 0,6 очень низкое неудовлетворительное

почвы 3 1,0-1,4 низкое удовлетворительное

5 >2,6 среднее отличное

8 2,2-2,6 повышенное отличное

12 1,4-2,2 высокое хорошее

>18 1,0-1,4 очень высокое удовлетворительное

В таблице 1 не приведена оценка таких свойств почв как плотность, порозность, структурно-агрегатный состав, запасы продуктивной влаги, влажность почвы, содержание илистой фракции, содержание физической глины, она представлена в диссертационной работе.

Ранжированные значения урожайности (специфичные состояния) сопоставили с пятибалльной шкалой. Интервалы специфичных состояний, при которых урожайность была минимальной, менее 0,6 т/га, отнесли к неудовлетворительному состоянию.

Такую урожайность, согласно экономическим показателям, следует относить к нерентабельному производству. Значения свойств почв, которые формировали максимальную урожайность, характеризуются наивысшим баллом «отлично», т.е. такие интервалы способны формировать максимально возможную урожайность от 2,2 до 2,6 т/га и более. Отклонения в один -два интервала (ранга) характеризуют хорошее состояние урожайности от 1,4 до 2,2 т/га. Следовательно, такие специфичные состояния сопоставимы с хорошей оценкой. К удовлетворительному состоянию рассматриваемых свойств почв отнесли их значения, формирующие урожайность от 0,6 до 1,4 т/га. Следует отметить, что специфичные состояния рассматриваемых свойств почв иногда могут обуславливать формирование урожайности, значения которой попадают за границы определённых интервалов соответствующей оценки.

Некоторые из рассматриваемых свойств почв можно регулировать с помощью агротехнических приемов, тем самым доводя их до «отличного» состояния и, как следствие, повышать эффективное плодородие. На наш взгляд, предлагаемая оценка параметров плодородия этим и ценна, поскольку поддерживая свойства почв в указанных интервалах, мы можем сформировать максимально возможный экономический эффект.

Естественно, такие свойства почв как содержание гумуса, мощность гумусового горизонта, гранулометрический состав и др. мы не можем регулировать, но иметь информацию о том, что не всегда высокие показатели, характеризующие то, или иное свойство определяют высокие значения эффективного плодородия, на наш взгляд очень важно. Допустим, большее содержание гумуса не всегда определяет большую урожайность, и почвы с содержанием гумуса более 9% не являются лучшими в отношении формирования максимального урожая, хотя большее содержание гумуса должно обуславливать лучшие показатели других параметров плодородия. Однако, в природе существуют законы, определяющие поведение того или иного явления. Кроме того при использовании почв в пашне научное земледелие руководствуется экологическими принципами (плодосмен, уничтожение и подавление конкурентов (сорных растений) возделываемых культур, защита

сельскохозяйственных растений от вредителей и болезней, сохранение и восстановление структуры почвы и др.) которые направлены на оптимизацию свойств и условий роста, развития растений, реализующихся в урожае.

5.3. Влияние способов обработок на урожайность

Способы обработок почвы направлены на улучшение водного, воздушного, теплового, и как следствие, питательного режимов почв; активизируют микробиологические процессы, очищают поля от сорняков, вредителей и возбудителей болезней сельскохозяйственных культур, заделывают в почву удобрения и т.д. По сути, это искусственное плодородие, которое направлено на повышение урожайности.

При определении влияния способов обработок на урожайность мы использовали информационно-логический анализ, до настоящего времени не применяемый в науке «земледелие». Использование этого метода позволяет обозначить важность влияния способов обработок на урожайность и определить их место в нижеприведенной модели.

Установив влияние способов обработок на урожайность яровой пшеницы, можно сделать вывод, что отвальная обработка способствует формированию факторов, обеспечивающих максимально возможный урожай в исследуемых почвенно-климатических зонах. Плоскорезная обработка менее эффективный прием в формировании урожайности яровой пшеницы. Культивацию (нулевая обработка) следует признать приемом, формирующим минимальную урожайность. Такое влияние рассматриваемых видов обработок на урожайность, можно объяснить изменениями основных свойств почв. Выбор способа обработки, на наш взгляд, должен обосновываться почвен-но-геоморфологическими, климатическими условиями и быть скорректированным в зависимости от возделываемой культуры.

5.4. Модель урожайности, факторы и условия её определяющие

На основании проведенных исследований в прогностическую модель урожайности яровой пшеницы были включены не только почвенные факторы и условия, участвующие в формировании эффективного плодородия, но и гидротермические, геоморфологические и агротехнические. По значимости факторы и условия, участвующие в формировании урожая яровой пшеницы выстроились по мере убывания коэффициента эффективности канала связи. Что позволило разработать модель, которая имеет следующий вид:

У яр. шпек. ~ ГТК 0 (О И I Н (Кс И Эс 12 (С И \У Н (Ва Н С 8

В(ИлЕМй(рНй N/N03 И (Р205 И К20 Н (Фг Н (1)))))))),

где Уяр. „шеи. - ранг урожайности яровой пшеницы; ГТК - гидротермический коэффициент; О - основные обработки почвы; | - степень эродированности; Кс - крутизна склона, град.; Эс - экспозиция склона; - запасы продуктивной влаги, мм; Ва -содержание агрономически ценных водопрочных агрегатов, %; С - температура почвы в весенний период времени; С - содержание гумуса, %; Ил - содержание илистой фракции, %; N/N03 - содержание нитратной формы азота, мг/100 г почвы; рН - реакция среды; Р205 - содержание подвижного фосфора, мг/100 г почвы; К20 - содержание обменного калия, мг/100 г почвы; М - мощность гумусового горизонта, см; Фг - содержание физической глины, %; (1 - плотность почвы, г/см3; И - знак операции логической функции нелинейного произведения.

Несомненно, выстроенная модель требует пояснения, поскольку в неё включены факторы и условия, определяющие эффективное плодородие ранее не используемые в моделях подобного рода, кроме того, рассматриваемые условия в выстроенном ряду более значимы, чем факторы. Немаловажным условием в предложенной модели, влияющим на урожайность, следует считать обработки почв, которые в выстроенном ряду находятся после гидротермических условий. Мы не исключаем, что обработки почв по значимости могут быть более важными, чем гидротермические условия, характеризующие ту или иную территорию, поскольку они могут, как улучшать плодородие почв, или его нивелировать.

В выстроенной модели урожайности пахотные почвы не эродированные и разной степени эродированные характеризуются высокой теснотой связи с урожаем. Действительно, почвы, не подверженные эрозионным процессам, и те, которые не утратили своё естественное плодородие, являются значимыми в формировании высокого урожая, поскольку степень эродированности почв отображает деградацию видовых признаков, влекущих за собой изменения абсолютно всех свойств почв.

Полученная модель эффективного плодородия представляет собой сочетание экспериментально установленных факторов, находящихся в тесной корреляции с величиной урожая и может использоваться при агроэкологи-ческой оценке пахотных почв. Безусловно, модель разрабатывалась с учетом почвенно-климатических и производственных условий возделывания яровой пшеницы. Она позволяет достоверно в 57% случаев определить урожайность яровой пшеницы. С помощью модели можно проводить оценку плодородия почв в настоящее время, проанализировать прошлое и определить будущее. В то же время мы осознаем, что созданная модель достаточно громоздка и сложна в своем решении, однако наша основная цель заключалась в том, чтобы определить значимость условий, которые ранее в подобных моделях не отображались. На наш взгляд, такого рода модель должна

учитывать совокупность разноплановых основополагающих условий, отображающих не только почвенно-климатические, но и другие, такие как геоморфологические, земледельческие, растениеводческие.

Глава б. Методика комплексной агроэкологической оценки плодородия пахотных почв

6.1. Принципы выделения уровней агроэкологического состояния пахотных почв

Сформулированы принципы выделения уровней агроэкологического состояния пахотных почв, позволяющие судить об агроэкологических нарушениях, объективно оценивать изменения плодородия пахотных почв разных природных территорий. Основополагающими принципами при выделении уровней агроэкологического состояния следует считать оценку ресурсного потенциала пахотных почв, определение современного состояния плодородия, установление динамичности параметров плодородия, характеризующих пахотные почвы как природную систему, интенсивности дегра-дационных процессов с разработкой индикаторов плодородия, определяющие уровни агроэкологического состояния, оценкой геоморфологических особенностей территорий. Названные принципы устанавливают норму и правила поведения использования пахотных почв, позволяют разработать концепцию рационального использования земель сельскохозяйственного назначения.

6.2. Индикаторы плодородия, определяющие агроэкологическую напряженность пахотных почв

Для определения агроэкологического состояния плодородия пахотных почв исследуемых территорий использовали разработанную шкалу динамичности плодородия, при этом оценивали интенсивность развития дегра-дационных процессов рассматриваемых свойств почв по нижним и верхним границам доверительного интервала генеральной выборки (табл. 2). Такой подход позволяет дать два варианта прогноза: оптимистический и пессимистический. Оптимистический вариант прогноза свидетельствует, в основном, о стабильных и умерено динамичных изменениях. Пессимистический же прогноз свидетельствует о средне и сильно динамичных изменениях свойств почв.

Так, например, оценивая мощность гумусового горизонта, можно отметить, что, по оптимистическому варианту прогноза пахотные почвы исследуемых территорий могут полностью его потерять за 20-180 лет. В то же время по пессимистическому прогнозу этот период сокращается до 10-51 года.

Таблица 2

Динамичность изменения параметров плодородия в пахотных почвах исследуемых территорий

Состояние параметров плодородия

Параметры 1964-1992 гг. 2001-2007 гг. отклонение (Д±) 'Степень динамичности

плодородия абсолютные относительные, % от исходного относительные, % в год по %-му отклонению

1 2 3 4 5 6 7

Черноземы обыкновенные и выщелоченные умеренно - - засушливой колочной степи

Мощность гумус. "45 40 5 11 1,1 4 - сильно динамичное

горизонта, см - "*32 13 28,8 2,8 4 - сильно динамичное

Содержание 4,78 4,58 0,2 4,18 0,4 2 - умеренно динамичное

гумуса, % - 3,56 1,22 25,6 2,5 4 - сильно динамичное

Кислотность почв 7,5 7,3 0,2 2,6 0,3 1 - стабильное

рН, % - 6,7 0,8 10,7 1,1 4 - сильно динамичное

Содержание физич. глины, % 36,2 33,5 30,1 2,7 6,2 7,4 16,9 0,7 1,6 3 - средне динамичное 4- сильно динамичное

Содержание или- 22,3 18,0 4,3 19,3 1,9 4- сильно динамичное

стой. фракции, % - 14,5 7,8 34,9 3,5 4 - сильно динамичное

Черноземы выщелоченные и оподзоленные лесостепи

Мощность гумус. 41 34 7 17,0 1,7 4 - сильно динамичное

горизонта, см - 29 12 29 2,9 4 - сильно динамичное

Содержание 5,98 4,95 1,03 17,0 1,7 4 - сильно динамичное

гумуса, % - 3,61 2,37 39,6 3,9 4 - сильно динамичное

Кислотность почв 6,1 5,3 0,8 13,0 1,3 4 - сильно динамичное

рН, % - 5,2 0,9 14,8 1,5 4 - сильно динамичное

Содержание 37,8 35,0 2,8 7,4 0,7 3 - средне динамичное

физич. глины, % - 31,6 6,1 16,4 1,6 4 - сильно динамичное

Окончание табл. 2

1 2 3 4 5 6 7

Содержание или- 17,5 16,3 1,2 6,9 0,7 3 - средне динамичное

стой фракции, % - 14,1 3,4 19,4 1,9 4 - сильно динамичное

Че рноземы типичные и выщелоченные предгорных равнин

Мощность гумус. 61 54 7 11,5 0,3 2 - умеренно динамичное

горизонта, см 41 20 32,7 0,8 3 - средне динамичное

Содержание 8,29 7,94 0,35 4,2 0,1 1 - стабильное

гумуса, % - 6,27 2,02 24,4 0,7 3 - средне динамичное

Кислотность почв 6,4 6,3 0,1 1,5 0,04 1 - стабильное

рН, % - 6,0 0,4 6,3 0,2 1 - стабильное

Содержание фи- 43,5 40,0 3,5 8,1 0,2 1 - стабильное

зич. глины, % - 37,5 5,9 13,8 0,3 1 - стабильное

Содержание или- 30,1 26,9 3,2 10,6 0,27 1 - стабильное

стой фракции, % - 18,4 11,7 38,9 1,0 4 - сильно динамичное

Черноземы обыкновенные и выщелоченные межгорных котловин Алтая

Мощность гумус. 64 50 14 21 0,52 2 - умеренно динамичное

горизонта, см - 41 23 35,9 0,9 3 - средне динамичное

Содержание 10,0 9,2 0,83 10,6 0,35 2 - умеренно динамичное

гумуса, % - 4,3 6,0 57,1 1,9 4 - сильно динамичное

Кислотность почв 7,5 7,4 0,1 1,5 0,05 1 - стабильное

рН, % - 6,9 0,6 8,0 0,3 1 - стабильное

Содержание фи- 44,4 34,3 10,1 22,7 0,8 1 - стабильное

зич. глины, % - 36,3 8,1 18,2 0,6 1 - стабильное

Содержание или- 23,1 18,1 10,0 21,6 0,7 1 - стабильное

стой фракции, % - 13,3 9,8 42,4 1,4 4 - сильно динамичное

♦степень динамичности; **верхние границы доверительного интервала - оптимистический прогноз; *** нижние границы доверительного интервала - пессимистический прогноз.

Динамичность деградации содержания гумуса еще более удручающая, поскольку этот показатель плодородия изменяется гораздо более быстрыми темпами, чем мощность гумусового горизонта. По-видимому, это связано с другими процессами деградации, которые происходят в пахотных почвах. Степень динамичности реакции среды пахотных почв колочной степи, предгорных равнин и межгорных котловин Алтая характеризуется стабильно динамичными отклонениями, т.е. почвы обладают высокой буферностью. В то же время пахотные почвы лесостепи по этому параметру плодородия сильно динамичны.

Рассматривая степень динамичности гранулометрического состава (уменьшение содержания физической глины и илистых частиц) в пахотных почвах, следует отметить, что использование почвенных ресурсов в пашне в совокупности с природными условиями оказывает влияние и на изменение такой классификационной единицы как разновидность почв. Изменение гранулометрического состава направлено в сторону его «облегчения», что свидетельствует о процессах деградации и возможном изменении или сдвиге процесса почвообразования.

Установленная степень динамичности характеризует количественные отклонения параметров плодородия за определённый промежуток времени глобальных территорий, что не позволяет использовать эти отклонения при проведении агроэкологической оценки локальных территорий, в нашем случае выделяемых уровней агроэкологического состояния. Поэтому для определения отклонений параметров плодородия разработаны индикаторы уровней агроэкологического состояния, характеризующие «критические» интервалы изменений параметров плодородия, которые позволяют установить степень деградации (табл. 3). Под индикаторами следует понимать границы интервалов значений, отображающие изменения того или иного параметра плодородия выделяемых уровней агроэкологического состояния.

Индикаторы разрабатывались с использованием методических рекомендаций по выявлению деградированных и загрязненных земель (Методические рекомендации..., 1995). Нижняя граница индикатора сигнализирует о предельно допустимом развитии деградационного процесса, определяющего состояние плодородия и указывающего на происходящие «критические» изменения, в том или ином уровне агроэкологического состояния.

Установленная зависимость плодородия пахотных почв от геоморфологических особенностей территории позволила сопоставить каждому интервалу индикатора степень деградации и категорию земель по С.С.Соболеву (1961). При этом возрастающий интервал индикатора указывает на увеличение степени деградации, что обусловлено повышением категории земель. Предлагаемая схема позволяет установить взаимосвязь гео-

морфологических компонентов природы (оказывающих влияние на развитие деградационных процессов в пахотных почвах) с изменяющимися в уровне агроэкологического состояния параметрами плодородия.

Таблица 3

Оценка уровней агроэкологического состояния по параметрам плодородия, состоянию индикаторов, степени деградации и категории земель

Параметры плодородия, степень деградации, категории земель, УАС Индикаторы

Уменьшение мощности А+АВ, % от исходного" <3 3-10 11-25 26-50 51-75 >75

Уменьшение гумуса, % от исходного <3 3-10 11-20 21-40 41-65 >65

Увеличение кислотности почв рН, % от исходного <3 3-10 11-15 16-20 21-25 >25

Уменьшение содержание физической глины, % <6 6-15 16-22 22-28 28-34 >34

Уменьшение содержание илистой фракции, % <4 4-10 11-20 21-40 41-65 >65

Увеличение площади эродированных почв, в % от площади категории земель <3 3-10 11-20 21-30 31-50 >50

Уменьшение содержания нитратного азота, % от исходного <10 10-20 21-40 41-60 61-80 >80

Уменьшение подвижного фосфора, в % от исходного <10 10-20 21-40 41-60 61-80 >80

Уменьшение обменного калия, в % от исходного <10 10-20 21-40 41-60 61-80 >80

Уменьшение кол-ва водопрочных агрегатов, % <5 5-15 15-25 25-30 30-40 >40

Уменьшение кол-ва структурных агрегатов, % <5 5-15 15-25 25-30 30-40 >40

Продуктивность, в % от нормы 100 <20 21-40 41-60 61-80 >81

Степень деградации 0 1 2 3 4 5

Категория земель I П Ш IV V VI

УАС - уровни агроэкологического состояния н" Р, Ра к. к2 Б

* - За исходное принимается состояние не деградированного аналога (нулевая степень деградации); **УАС: Н-норма; Р1 — умеренного риска, Р2 - повышешюго риска; Неумеренного кризиса; К2-повышенного кризиса, Б - бедствия.

Категории земель и индикаторы по каждому параметру плодородия определили степень деградации уровня агроэкологического состояния. Под степенью деградации следует понимать состояние пахотных почв, отражающее ухудшение их качества. Она служит показателем, обезличивающим состояние индикатора, характеризующего тот или иной параметр плодородия и другие условия развития деградации. Для оценки степени деградации пахотных почв по каждому индикатору, в соответствии с категорией земель, предлагаем использовать пять степеней.

Таким образом, предложенная схема является основанием для выделения того или иного уровня агроэкологического состояния.

6.3. Уровни агроэкологнческого состояния пахотных почв Алтайского Приобья и межгорных котловин Алтая

На современном этапе развития в агроэкологии отсутствует формулировка термина «уровень агроэкологнческого состояния плодородия почв». Хотя в своих работах такие ученые, как Е.В. Кононцева (2003), Е.В. Райхерт (2004), Л.М. Бурлакова, А.Е. Кудрявцев (2006, 2008) использовали этот термин, не давая при этом определения, а руководствуясь формулировками Б.В. Виноградова (1993), К.М. Петрова (1997), которые оценивали естественные природные системы, выделяя три зоны экологического нарушения. Руководствуясь сформулированными принципами, предлагаем под уровнями агро-экологического состояния плодородия пахотных почв понимать выдел почвенного покрова, который ограничивается состоянием допустимого временного отклонения индикаторов плодородия, обуславливающих степень деградации, учитывающих геоморфологические и другие особенности территории, характеризующиеся набором изменившихся, либо не меняющихся свойств почв в результате хозяйственного использования. Термин «уровень» - это показатель величины, а в нашем случае - степень развития агроэкологнческого процесса (Ъйр://ги.wiktionary.org). Уровень агроэкологического состояния оценивает происходящие изменения плодородия пахотных почв. По сути, это организация территории пахотных почв на агроэкологической основе, позволяющая повысить эффективность их использования и более квалифицированно приостановить развитие деградационных процессов.

Для исследуемых территорий рекомендуем выделять уровни агроэкологического состояния «Норма», «Риск», «Кризис» и «Бедствие». Внутри уровней агроэкологического состояния «Кризис» и «Риск» разработана дробная шкала, позволяющая объективно оценивать состояние пахотных почв.

К уровню агроэкологического состояния «Норма» следует относить ареал пахотных почв, расположенных на первой категории земель, не эрози-онно-опасные, не деградированные, характеризующиеся интервалами отклонения параметров потенциального плодородия от 3 до 10%, что соответствует естественному почвообразовательному процессу. Пахотные почвы оцениваются 100% продуктивностью и нулевой степенью деградации. На этом уровне агроэкологического состояния землепользователь может использовать пашню с максимальной нагрузкой.

К уровню агроэкологического состояния умеренный «Риск» следует относить ареал пахотных почв хорошего качества, расположенных на первой, второй категориях земель, как правило, неэродированные и эрозионно-опасные, характеризующиеся интервалами отклонения параметров потенциального плодородия до 20%, снижением продуктивности до 20%, что соот-

ветствует, в основном, первой степени деградации, по некоторым параметрам плодородия допустима нулевая степень деградации.

К уровню агроэкологического состояния «Повышенный риск» следует относить ареал пахотных почв, расположенных на первой, второй и третьей категориях земель. Как правило, эрозионно-опасные, либо слабосмытые, характеризующиеся интервалами отклонения параметров потенциального плодородия от 11 до 40%, снижением продуктивности на 40%, что соответствует, в основном, второй степени деградации.

К уровню агроэкологического состояния «Умеренный кризис» следует относить ареал пахотных почв, расположенных на четвертой категории земель, как правило, слабосмытые и среднесмытые, характеризующиеся интервалами отклонения параметров потенциального плодородия от 16 до 60%, снижением продуктивности на 60%, что соответствует, в основном, третьей степени деградации.

К уровню агроэкологического состояния «Повышенный кризис» следует относить ареал пахотных почв, расположенных на пятой категории земель. Как правило, среднесмытые и сильносмытые, характеризующиеся интервалами отклонения параметров потенциального плодородия от 21 до 80%, снижением продуктивности на 80%, что соответствует, в основном, четвертой степени деградации. Этот уровень предполагает ограниченное использование пахотных почв.

К уровню агроэкологического состояния «Бедствие» следует относить территории пятой шестой, иногда и второй категорий земель, не менее чем на 75% или полностью потерявших гумусовый горизонт. По гранулометрическому, структурно-агрегатному составу некоторым другим свойствам, характеризуются как материнские породы, на 81% или полностью потерявшие эффективное плодородие. Такие территории не используют в пашне, они требуют коренного улучшения.

Эта общая схема выделения уровней агроэкологического состояния не всегда может полностью отобразить все многообразие происходящих процессов частных случаев. По сути - это оценка остроты агроэкологической ситуации, основанная на анализе территориальных сочетаний экологических проблем, характера и интенсивности проявления последствий этих проблем. Поэтому для агроэкологической оценки частных случаев возможны дополнения при выделении уровней агроэкологического состояния пахотных почв, что представлено ниже.

Разработанная методика комплексного подхода агроэкологической оценки плодородия пахотных почв была апробирована на исследуемых территориях. Результаты оценки плодородия пахотных почв зоны черноземов умеренно засушливой колочной степи приведены в таблице 4, картографически на рисунке 1.

Таблица 4

Агроэкологическая оценка плодородия пахотных черноземов засушливой и умеренно засушливой колонной степи

Крутизна склонов,0 Степень эродированности Почвы в к I е- и ч -д я и к В и Класс, категории земель Урожайность, т/га Уровень агроэкологического состояния Площадь, % от общ. площади

Слабопокатые до 1° *н/.э Ч;Ч" 0 А- 1 1,6 Норма 51,3

н/э;э/о; 1. 44; 14" 11/1 А-1-2 1,3 Риск 1 23,8

___, Т}. -ц» 11/1 А-1-2 1,3 Риск Чг 9,5

Пологие, 1-2° 4 44; 4С 23/2 А-2-3 1,1 Риск 2 10,2

Покатые, 2-3° Покатые, 3-5° э/о ;4; * |*ЧЛ; 4*ЛЧ 31/3 А -4 0,9 Кризис 1 2,8

Покато-крутые, 5-7° *Ч; 4*ЧЛ; 4*ЛЧ 34/4 Б-5 0,61 Кризис 2 2,0

Полого-крутые, 7-10° * В-6

Крутые, >10° Овраги А, **55/ 5 В-6 Бедствие 102/0,4

н/э - неэродированные почвы; э/о - эрозиошю-опасные; 1 - слабосмытые; * - среднесмытые; $ - сильносмытые; _ слабо-развеянные; " - суммарная степень деградации/средне арифметическая степень деградации; *** - га / % от общей площади.

Пахотных почв уровня агроэкологического состояния «Норма» на территории землепользователя чуть более 50%, они расположены на слабопокатых склонах, где отсутствуют деградационные процессы. По существующей классификации С.С. Соболева (1961) эти пахотные почвы относятся к классу А первой категории земель черноземного типа почвообразования. По плодородию - это самые лучшие почвы, способны формировать урожайность более 1,6 т/га.

Почвы уровня агроэкологического состояния «Риск 1», «Риск 'Л» и «Риск 2», так же как и почвы уровня «Норма», черноземного типа почвообразования, малоразличимы по степени деградации, но выделение уровня агроэкологического состояния «Риск 1» обусловлено водной эрозией, а «Риск УгУ> дефляцией. Пахотные почвы расположены на слабопокатых скло-

нах. Параметры плодородия уровней агроэкологического состояния «Риск 1» и «Риск соответствуют 1 степени деградации, так как значения индикаторов находятся в интервалах от 6,5% до 36,2% отклонения от «Нормы», а урожайность на 20%. Почвы уровня «Риск 2» расположены на склонах крутизной 1-2°, отнесены ко 2 степени деградации, характеризуются слабой и средней смытостью.

Пахотные почвы уровня агроэкологического состояния «Кризис 1» и «Кризис 2» характеризуются, в основном, третьей степенью деградации. Они находятся на склонах разной крутизны и в разной степени эродированы, относятся к 4, 5 и даже 6 категориям земель. Урожайность, формируемая на пахотных почвах уровня «Кризис 1» не более 0,9 т/га, в то время как на уровне «Кризис 2» - 0,61 т/га, что соответствует 40-60% отклонению от «Нормы». Позитивно то, что площади этих уровней агроэкологического состояния не велики и не превышают 5% от общей площади пашни.

Особенности агроэкологической оценки плодородия пахотных почв почвенно-климатической зоны черноземов выщелоченных и серых лесных почв лесостепи картографически представлены на рисунке 2 и в таблице 5. Они проявляются в виде сочетания процессов подкисления и плоскостной водной эрозии, обусловленные совокупностью климатических, геоморфологических и антропогенных условий.

Пахотные почвы уровня агроэкологического состояния «Норма» занимают чуть более 30% площади пашни, в него включены черноземы опод-золенные и выщелоченные среднемощные среднегумусные среднесуглини-стые и их неэродированные комплексы, расположенные на склонах до 1°, характеризующиеся нулевой степенью деградации. Параметры плодородия позволяют получать урожайность яровой пшеницы более 2,46 т/га.

Почвенно-типовая принадлежность являлась основанием для выделения уровней «Риск 1» и «Риск 'А». Уровень «Риск 1Л» объединяет серые лесные почвы, а «Риск 1» - черноземные. Параметры плодородия этих уровней позволяют формировать урожайность от 1,46 до 2,46 т/га.

Выделенные уровни агроэкологического состояния «Кризис 1» и «Кризис 2» характеризуются почвенным покровом с дерновым, подзолистым и луговым процессом почвообразования. Ареалы структур почвенного покрова расположены в нижних частях элементов рельефа на 4, 5 и 6 категориях земель. Формируемая урожайность на 60-80% ниже «Нормы», что соответствует четвертой степени деградации. Пахотные почвы требуют экстренного вмешательства, позволяющего приостановить развитие деградаци-онных процессов.

Рис. 2. Картосхема уровней агроэкологического состояния пахотных почв зоны чернозёмов выщелоченных и серых лесных почв лесостепи на примере базового хозяйства Масштаб 1:25000 (уменьшено в 6 раз) составлена на основе полевой корректировки

Условные обозначения

- не пахстные угодья

- норма

- риск 1

- ОМСК 1/2 риск 2

-кризис 1

- кризис 2

- §едстбие

Рис. 1. Картосхема уровней агроэкологического состояния пахотных почв зоны чернозёмов умеренно-засушливой колочной степи на примере базового хозяйства Масштаб 1:25000 (уменьшено в 6 раз) составлена на основе полевой корректировки

J

Таблица 5

Агроэкологическая оценка плодородия пахотных почв зоны черноземов выщелоченных и серых лесных почв лесостепи

Крутизна склонов,0 Степень э родированности Почвы Степень деградации Класс, категории земель Урожайность, т/га Уровень агроэкологического состояния Площадь, % от общ. площади

Слабопокатые до Г *н/.э Ч°;Ч" 0 А- 1 2,46 Норма 32,5

Слабопокатые до 1° Пологие 1-2° н/э;э/о; 1 Ч;ЧВ 11/1-2 А-1-2 1,96 Риск 1 13,6

н/.э; э/о; | с2;с3 17/2 А-1-2 1,46 Риск '/а 29,2

Покатые 2-3° э/о;[ ЧВ;Ч°;ЧЛ;ЛЧ 24/2 А-3 1,46 Риск 2 10,0

Покатые 3-5° 1;* Чи; 4°; ЧЛ; ЛЧ 30/3 А -4 1,0 Кризис 1 7,4

Покатокрутые 5-7° Чв; Ч°;ЧЛ;ЛЧ 34/3 Б-5 0,94 Кризис 2 6,7

Пологокруше 7-10° В-6

Крутые >10° Овраги А, "55/5 В-7 - Бедствия 62/0,6

н/э — неэродированные почвы; э/о — эрозионно-опасные; 1 - слабосмытые; t - среднесмытые; ♦ - сильносмытые; *" - га / % от общей площади; "-суммарная степень деградации/ средняя арифметическая степень деградации.

Особенности природных условий почв зоны чернозёмов предгорных равнин (табл. 6, рис. 3) способствовали формированию черноземов типичных и выщелоченных с очень строгим и несложным чередованием почвенных разновидностей по элементам рельефа. Черноземы типичные характеризуются повышенной противоэрозионной устойчивостью, обусловленной хорошей водопрочной структурой за счет повышенного содержания органического вещества и илистых частиц.

К уровню агроэкологического состояния «Норма» отнесено около 30% почв площади пашни, расположенных по выровненным вершинам увалов, между логами предгорных равнин на склонах различных экспозиций крутизной до 1°, неэродированых, отнесённых к 1 категории земель, классу А.

К уровню «Риск» отнесено чуть более 50% пахотных почв хорошего качества. Выделяемый уровень агроэкологического состояния по потенциальному плодородию незначительно отличается от уровня «Норма» и соответствует 1 степени деградации.

Таблица 6

Агроэкологическая оценка плодородия пахотных почв зоны черноземов

предгорных равнин

Крутизна склонов,0 Степень эродированное™ Почвы Класс, категории земель Степень деградации Урожайность яровой пшеницы, т/га Уровень агроэкологи-ческого состояния Площадь, % от общ. площади пашни

Слабопокатые до 1° *н/.э Ч';Чи А- 1 0 2,5 Норма 29,8

Пологие 1-2° Покатые 2-3° п/э;э/о; | ЧТ;ЧВ; ЧЛ; ЛЧ А-2-3 15/1 2,0 Риск 50,2

Покатые 3-5° Ч';ЧВ; ЧЛ А-4 26/2 1,58 Кризис 1 16,0

Покато-крутые 5-7° Полого-крутые 7-10° М Чт; ЧЛ; ЛЧ Б-5 В-6 36/3 1,1 Кризис 2 3,9

Крутые >10° Овраги А, "55/5 - Бедствия *"б/0,1

$ - сильносмытые; **- суммарная степень деградации/ средне арифметическая степень деградации; "* -та/% от общей площади.

Пахотные почвы уровней «Кризис 1» и «Кризис 2» занимают около 20% территории, расположены преимущественно по логам и долинам. Почвенный покров представлен черноземами типичными, лугово-черноземными и луговыми типами почв. Интенсивность эрозионных процессов в пахотных почвах соответственно определила вторую и третью степень деградации.

Агроэкологическая оценка плодородия пахотных почв межгорных котловин Алтая представлена в таблице 7 и на рисунке 4. Пахотные почвы расположены между Катунским и Теректинским горными хребтами, которые и определяют специфику геоморфологических, климатических и почвенных условий. На исследуемой территории выделены уровни «Норма», «Риск 1», «Риск 2», «Кризис» и «Бедствие». Пахотные почвы уровня «Норма» занимают чуть более 30% площади пашни, а «Риска» около 50% .

Особенностью агроэкологической оценки пахотных почв межгорных котловин является то, что выделенный уровень, именуемый «Кризис» может характеризоваться всеми степенями деградации - от 1 до 4, что указывает на нестабильные изменения параметров плодородия, находящихся между «Риском» и «Бедствием».

Услокнмс обозначения

не пахотные почвы [ |- Норма

Риск | |- Кризис 1 | Кризис 2

- Бедствие

Рис. 3. Картосхема уровней агроэкологического состояния пахотных почв на примере базового хозяйства зоны предгорных равнин Масштаб 1:25000 (уменьшено в 6 раз) составлена на основе полевой корректировки

Таким образом, исследуемые территории характеризуются разными агроэкологическими особенностями, разносторонностью деградационных процессов и их интенсивностью. Интенсивность и разнообразие деградационных процессов обусловлена сочетанием антропогенной нагрузки и природных условий, провоцирующих процессы деградации. Например, на пахотных почвах сухой степи дефляция, возможно, отсутствовала, если была сохранена в нужном объеме естественная растительность, т.е. выдержано соотношение пашни и естественных угодий. Для лесостепи, возможно, отсутствовал бы процесс подкисления, если не были бы вовлечены в пашню серые лесные почвы, либо на них своевременно проводили химическую мелиорацию. Для предгорных равнин и межгорных котловин Алтая площадь пахотных почв, затронутых водной эрозией, была ниже, если бы землепользователи не использовали в пашне полого-крутые и крутые склоны. Проведенная агроэкологическая оценка позволяет оценить степень деградационных процессов, происходящих в пахотных почвах. Меньше всего пахотных почв, характеризующихся кризисным состоянием в колочной степи и лесостепи, соответственно 5% и 14% от общей площади пашни; больше - в предгорных равнинах и межгорных котловинах - немного более 20%.

Таблица 7

Агроэкологическая оценка плодородия пахотных черноземов межгорных котловин Алтая

Крутизна склонов,0 Степень эродированное™ Почвы Класс, категории земель Степень деградации Урожайность яровой пшеницы, т/га Уровень агроэкологического состояния Площадь, % от общ. площади

Слабопокатые до 1° *н/.э Ч Чв; А- 1 0 2,2 Норма 31,6

Слабопокатые до 1° Пологие 1-2° Покатые 2-3° н/э;э/о; | Ч;ЧВ А-2 16/1 1,8 Риск 1 35,4

Покатые 3-5° 4; *; * ЧВ;Ч А -3 25/2 1,4 Риск 2 11,2

Покато-крутые 5-7° Полого-крутые7-10° М Чк А-4 Б-5 32/3 <0,96 Кризис 12,5

Крутые >10° Овраги А, В-6 В - 7 "55/5 - Бедствие 8,9/0,4

н/э - неэро,дарованные почвы; э/о - эрозионно-опасные; | - слабосмытые; i - среднесмытые; * - сильносмытые; -суммарная степень деградации/средне арифметическая степеь деградации; - га / % от общей площади.

Усшвньш ОбШначЫШЯ

не пахотные угодья

Норма

Рис. 4. Картосхема уровней агроэкологического состояния пахотных почв зоны межгорных котловин Алтая на примере базового хозяйства Масштаб 1:25000 (уменьшено в 6 раз) составлена на основе полевой корректировки

Существующие овраги нами выделены в уровень агроэкологического состояния «Бедствие». Эти территории, как правило, отнесены к седьмой категории земель и полностью потеряли гумусовый горизонт. По гранулометрическому, структурно-агрегатному составу и некоторым другим свойствам они характеризуются как материнские породы, полностью лишенные эффективного плодородия. Выделяемый уровень, во всех без исключения случаях требует коренного улучшения.

Выводы

1. Выявлено, что основополагающими природными условиями, определяющими агроэкологическую напряженность, следует считать рельеф в совокупности с климатом и низкой противоэрозионной устойчивостью пахотных почв обусловленную антропогенным воздействием. Антропогенное воздействие на пахотные почвы неодинаково. Наиболее интенсивно используемой территорией является территория колонной степи, где распаханность составляет 60%, лесостепи 40%, в предгорных равнинах- 36%, в межгорных котловинах Алтая около 8%.

2. Для разработки агроэкологической стратегии, позволяющей стабилизировать плодородие пахотных почв и тем самым повысить продуктивность, было выявлено, что преобладающими деградационными процессами на территории колонной степи являются ветровая и водная эрозия, на территории лесостепи - водная эрозия и процессы подкисления, в предгорных равнинах и межгорных котловинах Алтая - водная эрозия.

3. Разработана шкала степени динамичности параметров плодородия, устанавливающая скорость изменения деградационных процессов в пахотных почвах, как природной системы в целом. Оценивая пахотные почвы по шкале динамичности можно констатировать, что элементы плодородие пахотных почв предгорных и межгорных котловин Алтая характеризуются в основном второй и третьей степенью динамичности. Интенсивней процесс деградации пахотных почв происходит в степи и лесостепи, параметры плодородия которых, в основном, сильно динамичны.

4. На основе специфичных состояний, характеризующих максимально возможную урожайность яровой пшеницы, предложена пятибалльная градация таких свойств почв, как мощность гумусового горизонта, содержание гумуса, реакции среды, структурно-агрегатный состав, гранулометрический состав, подвижные элементы питания, плотность, порозность почв и продуктивный запас влаги. Предложенная градация определяет оптимальное состояние рассматриваемых свойств почв, определяющих ту или иную урожайность, в том числе и максимально возможную.

5. Установлено, что агроэкологическая напряженность пахотных почв Алтайского Приобья и межгорных котловин Алтая в основном обусловливает плоскостная водная эрозия талых вод. Специфичные состояния интенсивности смыва территорий колочной степи и лесостепи находятся в интервалах от 3 до 30 т/га. Сильным и очень сильным смывом характеризуются территории предгорных равнин и межгорных котловин Алтая. Однако про-тивоэрозионная устойчивость свойств почв предгорных равнин и межгорных котловин Алтая гораздо выше, чем почв колочной степи и лесостепи.

6. Разработана модель интенсивности смыва пахотных почв, определяющая последовательную значимость геоморфологических, климатических, агротехнических условий, и некоторых противоэрозионных свойств почв. Установлено, что агротехнические приемы в представленной последовательности при определенных условиях, могут занимать более значимое место, чем геоморфологические и климатические. Модель безошибочно (ранг в ранг) прогнозирует величину смыва почв от изученных факторов в 62% случаев; в 38% случаев - с отклонением на 1 ранг.

7. Разработана модель эффективного плодородия яровой пшеницы, позволяющая оценить агроэкологическое состояние по основополагающему показателю пахотных почв прошлого, настоящего и будущего, что соответствует основному принципу агроэкологии. Установлено, что на урожайность яровой пшеницы наибольшее влияние оказывают климатические условия, затем агротехнические приёмы, геоморфологические условия, и в меньшей степени факторы и условия почвенного плодородия.

8. Разработаны принципы выделения уровней агроэкологического состояния, позволяющие проводить агроэкологическую оценку плодородия пахотных почв, такие как: оценка ресурсного потенциала пахотных почв, определение современного состояния плодородия почв, установление динамичности параметров плодородия, интенсивности деградационных процессов, агроэкологической оценки геоморфологических особенностей пахотных почв.

9. Разработаны и апробированы индикаторы параметров плодородия, определяющие интервалы (границы) происходящих изменений за определенный промежуток времени, позволяющие характеризовать степень деградации и определять уровни агроэкологического состояния. Установлено для элементарного почвенного ареала индикатором считать интервалы деградации параметров плодородия, а для выделяемого уровня агроэкологического состояния совокупность деградационных процессов, обуславливающих изменения элементарных почвенных ареалов, характеризующих состояние агроэкологического уровня.

10. Для агроэкологической оценки пахотных почв разработана система, определяющая степень деградации элементарного почвенного ареала или локальной структуры почвенного покрова. Степень деградации позволяет обезличить состояние индикатора, характеризующего параметры плодородия и других условий, обуславливающих развитие деградации и определить каждому уровню агроэкологического состояния ту или иную степень деградации.

11. Разработаны уровни агроэкологического состояния, ареалы которых, ограничиваются допустимыми временными отклонениями индикаторов плодородия, позволяющие определить степень деградации, учитывающие геоморфологические особенности территории. Это позволит приостановить развитие деградационных процессов и повысить эффективность использования почв. На исследуемой территории предлагается выделять следующие уровни агроэкологического состояния: «Норма», «Умеренного риска», «Повышенного риска», «Умеренного кризиса», «Повышенного кризиса», «Бедствие».

Разработанная схема агроэкологической оценки плодородия пахотных почв была апробирована на локальных территориях, характеризующих исследуемые почвенно-климатические зоны. Позволила констатировать особенности агроэкологического состояния.

12. Пахотные почвы черноземов засушливой и умеренно засушливой колочной степи более чем на 50% отнесены к уровню агроэкологического состояния «Норма», около 33% к уровню агроэкологического состояния «Риск» и чуть более 5% к «Кризису», что предопределено особенностью рельефа, который на 70% представлен слабо-покатыми склонами. Наряду с уровнем агроэкологического состояния «Норма», на этих склонах выделены уровни «Риск 1» и «Риск М>» различающиеся характерными для данной территории видами деградации - процессом плоскостной эрозии и дефляции, требующими специальных технологий для снижения агроэкологической напряженности.

13. Агроэкологическое состояние плодородия пахотных почв лесостепи несколько иное всего лишь 32% пашни характеризуется уровнем агроэкологического состояния «Норма». Больше половины площади пашни отнесено к уровню агроэкологического состояния «Риск» - 53% и менее 15% к «Кризису». Это обусловлено более сложными геоморфологическими особенностями территории и наличием в пашне серых лесных почв, развивающихся с участием подзолистого процесса почвообразования.

14. Агроэкологическое состояние пахотных почв предгорных равнин и межгорных котловин Алтая позволяет отнести чуть более 30% площади пашни к уровню агроэкологического состояния «Норма», и около 50% к

уровню «Риск». Существенно увеличиваются площади пахотных почв уровня агроэкологического состояния «Кризис», площадь которых более 20% от площади пашни. Это обусловлено геоморфологической составляющей территорий, более изреженным рельефом местности.

Предложения производству

Важная роль в решении сложившейся агроэкологической проблемы должна принадлежать агроэкологическому мониторингу пахотных почв. Необходимо систематически, раз в пять лет отслеживать изменения состояния плодородия пахотных почв, своевременно выявлять негативные процессы, давать оценку состоянию и прогнозировать характер изменений в зависимости от антропогенного воздействия в совокупности с природными условиями. Функцию контроля законодательно оформить и возложить на Россельхознадзор по Алтайскому краю и Республике Алтай или на ОАО «АлтайНИИГипрозем».

Рекомендации землепользователю

В соответствии с выделенными уровнями агроэкологического состояния применительно к исследуемым почвенно-климатическим зонам предложены режимы их использования:

Пахотные почвы уровня агроэкологического состояния «Норма» могут интенсивно использоваться в любом севообороте, при рекомендованной обычной агротехнике в той или иной почвенно-климатической зоне. Поскольку пахотные почвы характеризуются лучшими показателями плодородия, предусмотреть абсолютный запрет отвода этих территорий под объекты не связанные с возделыванием сельскохозяйственных культур.

Пахотные почвы уровня агроэкологического состояния «умеренного Риска» могут использоваться в любых севооборотах, но при использовании этих пахотных почв необходимо проводить технологические операции, предусматривающие приостановление имеющего место на этих территориях вида деградации. Это может быть плоскорезная обработка почв по горизонталям с оставлением стерни, мульчирование почвы соломой, снегозадержание, мероприятия по внесению удобрений.

Пахотные почвы уровня агроэкологического состояния «повышенного Риска» могут быть использованы в почвозащитных севооборотах с ограничением пропашных культур, с преобладанием культур сплошного сева, с проведением противоэрозионных агротехнических мероприятий, таких как безотвальная обработка поперек склона с сохранением стерни, мульчирование почвы соломой. Обращаем внимание, что в колочной степи необходимо изменить направление посадки лесных полос, которые выполняют только

водоотводную функцию, но не скорректированы относительно «розы ветров», восстановить утраченные ветроударные и водорегулирующие лесные полосы.

Пахотные почвы уровня агроэкологического состояния «умеренного Кризиса» должны использоваться в севооборотах с увеличением доли многолетних трав с исключением чистого пара в севооборотах и пропашных культур. Соблюдать все мероприятия, рекомендованные для вышеуказанных уровней агроэкологического состояния.

Пахотные почвы уровня агроэкологического состояния «повышенного Кризиса» должны использоваться при проведении специальных агротехнических и фитомелиоративных противоэрозионных мероприятий с обязательным соблюдением принципов контурно-мелиоративного земледелия. Целесообразно применять полосное размещение культур с чередованием многолетних трав. Применение этого приема в межгорных котловинах Алтая позволило нам снизить интенсивность смыва от очень сильного до нормы. Учитывая экологическую безопасность приема агролесомелиорации, восстановить водорегулирующие приовражные и прибалочные лесные полосы. В каждом конкретном случае рассмотреть вопрос о трансформации пахотных почв в другие виды угодий.

Уровень агроэкологического состояния «Бедствие», который имеет место в каждой рассматриваемой природно-климатической зоне, требует обязательного проведения лесомелиоративных противоовражных мероприятий, которые позволили бы закрепить действующие овраги, переводя поверхностный сток во внутрипочвенный и скрепить почвенный грунт, тем самым приостановить их рост.

Разработанная модель интенсивности смыва позволяет минимизировать интенсивность смыва:

Ис = Кс 0 (V/ 0 Ь 0 (Эс 0 Ьс 0 (Чс И О 0 (Фг 0 С 0 0 (Ил 0 Ва 0 (Р 0 Са 0 (Вп Ш 0 Оз 0 рН)))))))

Рекомендуем для минимизации интенсивности смыва, соответствующей норме смыва - до Зт/га, использовать пахотные почвы со следующими состояниями рассматриваемых факторов. Крутизна склона пахотных почв не должна превышать 1°, использовать в пашне склоны северной и северовосточной экспозиции, длина склона не должна быть более 500 м, использовать водораздельные части склона, запасы воды в снеге ограничить до 50 мм, высота снежного покрова при весеннем снеготаянии не должна превышать 10 см, в системе севооборотов должны присутствовать многолетние травы. Наибольшей противоэрозионной устойчивостью будут характеризоваться пахотные почвы с содержанием физической глины более 45%, с содержанием гумуса от 6% до 9%, с содержанием илистой фракции более

29%, количеством водопрочных агрегатов более 50%, общей порозностью от 55 до 60%, количеством структурных агрегатов более 80%, водопроницаемостью почв от 100 до 500 мм, плотностью почвы от 1,1 до 1,2 г/см3 , осенними запасами влаги в 20 см слое менее 20 мм и более 50 мм, нейтральной реакцией среды.

Разработанная модель эффективного плодородия яровой пшеницы, позволяет прогнозировать урожайность яровой пшеницы на выделенных уровнях агроэкологического состояния.

У = ГТК 0 (О 0 | 0 (Кс 0 Эс 0 (С 0 XV 0 (Ва 0 Г 0 (Ил 0М0 0 (рН 0 N/N03 0 (Р2О5 0 К20 0 (Са 0 Фг 0 (Чс 0 с1))))))))) С помощью этой модели уровень агроэкологического состояния «Норма», с урожайностью яровой пшеницы от 1,6 т/га и более будет определяться при следующих значениях рассматриваемых факторов. Гидротермический коэффициент не ниже 1,4; при проводимой с осени отвальной обработке; пахотные почвы не эродированы; на склонах до 1°; северных, северо-восточных экспозиций; температура почвы в 20 см слое во второй декаде мая не менее 20°С; запасы продуктивной влаги в слое 0-20 см осенью не менее 50 мм; содержание водопрочных агрегатов более 50%; содержание гумуса от 4% до 6%; содержание ила от 25% до 29%; мощность гумусового горизонта от 40 до 56 см; нейтральная реакция среды; содержание нитратной формы азота более 5 мг/100 г почвы; подвижного фосфора от 10 до 15 мг/100 г почвы; обменного калия более 18 мг/100 г почвы; структурных агрегатов от 40 до 80%; содержание физической глины от 35 до 40%; почвы расположены на водоразделах; плотностью от 1,1 до 1,2 г/см3.

Основные работы по теме диссертации, опубликованные в рецензируемых научных журналах и изданиях

1. Бурлакова JI.M. Почвенно-физические условия плодородия каштановых почв и пути их оптимизации при орошении / JI.M. Бурлакова, А.Е. Кудрявцев // Мелиорация и водное хозяйство. - 2001. - № 4. - С. 44-46.

2. Кудрявцев А.Е. Агрофизические условия мобилизации подвижных питательных веществ в почвах / А.Е. Кудрявцев, В.В. Тонких // Агрохимический вестник. - 2005. - № 1.- С. 21-24.

3. Бурлакова JI.M. Деградация почв и проблемы устойчивого развития сельскохозяйственного производства в Алтайском регионе / JT.M. Бурлакова, А.Е. Кудрявцев, Е.В. Кононцева // Ползуновский вестник. - 2006. - № 4. -Ч. 2. - С. 28-34.

4. Бурлакова JI.M. Деградация и опустынивание пахотных почв Алтайского Приобья и межгорных котловин Алтая (статья) / JI.M. Бурлакова, А.Е. Кудрявцев // Плодородие. - 2008. - № 6 (45). - С. 49-50.

5. Кудрявцев А.Е. Интенсивность использования земельных ресурсов в пашне / А.Е. Кудрявцев, Е.В. Райхерт, О.Н. Шторм // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2008. - № 10(48). - С. 5-10.

6. Кудрявцев А.Е. Влияние агротехнических приемов обработки на физические свойства почв и мобилизацию подвижных форм азота в условиях Алтайского Приобья / А.Е. Кудрявцев, Н.Ф. Кудрявцева, Л.Б. Нестерова // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2009. -№6 (56).-С. 13-18.

7. Кудрявцев А.Е. Интенсивность эрозионных процессов в пахотных почвах Алтайского Приобья и межгорных котловин Алтая / А.Е. Кудрявцев // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2010. -№7 (69).-С. 24-29.

8. Кудрявцев А.Е. Особенности агроэкологической оценки плодородия пахотных почв Алтайского Приобья и межгорных котловин Алтая по разработанным уровням агроэкологического состояния / А.Е. Кудрявцев // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2012. -№8.-С. 42-46.

9. Кудрявцев А.Е. Агроэкологическая оценка динамичности параметров плодородия пахотных почв Алтайского Приобья и межгорных котловин /А.Е. Кудрявцев, A.C. Давыдов, О.Н. Шторм // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2012. - № 9. - С. 42-46.

10. Кудрявцев А.Е. Уровни агроэкологического состояния пахотных почв Алтайского Приобья и межгорных котловин Алтая / А.Е. Кудрявцев, Н.Ф. Кудрявцева, О.Н. Шторм // Плодородие. - 2012. - № 3. - С. 40-42.

11. Кудрявцев А.Е. Современные подходы оптимизации плодородия пахотных почв Алтайского Приобья и межгорных котловин Алтая / А.Е. Кудрявцев, Н.Ф. Кудрявцева, О.Н. Шторм // Зерновое хозяйство России. - 2012. - № 6. - С. -5" 5".

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Кудрявцев А.Е., Морковкин Г.Г., Давыдов A.C. Влияние удобрений на урожайность культур кормового севооборота в орошаемых и неорошаемых условиях /Земельно-оценочные проблемы и рациональное использование земли в Алтайском крае. - Барнаул: Изд-во Алтайский СХИ, 1986. -С. 101-108.

2. Кудрявцев А.Е., Татаринцев Л.М. Изменение физических свойств каштановых почв Алтайского края под влиянием орошения /Роль Алтайского края в решении продовольственной программы. - Барнаул: Изд-во Алтайский СХИ, 1987.-С. 67-68.

3. Кудрявцев А.Е., Бурлакова Л.М., Глушкова Н.К. Влияние орошения на химические и агрохимические свойства почв Алтайского края /Химизация народного хозяйства - важное условие ускорения научно-технического прогресса. - Барнаул: Изд-во Алтайский СХИ, 1987. - С. 16-17.

4. Кудрявцев А.Е., Бурлакова Л.М., Татаринцев Л.М., Рассыпнов В.А. Современное мелиоративное состояние черноземов и каштановых почв Алтайского края Повышение эффективности мелиорации водного хозяйства на Дальнем Востоке. Итоги и перспективы исследований: тез. докл. 4 зон. на-уч.-техн.конф. (22-24 сент. 1987 г., г. Уссурийск). В 2-х ч. ЧЛМелиорация земель. В 2-х кн. Кн. 2 Мелиоративное почвоведение и земледелие-Владивосток: Изд-во ПримСХИ, 1987. - С. 15-17.

5. Кудрявцев А.Е., Бурлакова Л.М., Жданова Е.В. Плодородие эродированных черноземов умеренно-засушливой степи Алтайского края /Проблемы предотвращения земель Западной Сибири и осуществление государственного контроля за их использованием и охраной: сб.науч.тр. - Барнаул: Изд-во АСХИ, 1987. - С.42-47.

6. Кудрявцев А.Е., Татаринцев Л.М., Давыдов A.C. Пути предотвращения негативных последствий орошения черноземов и каштановых почв степного Алтая /Проблемы орошения почв Сибири: тез. к конф. - Барнаул: Изд-во АСХИ, 1988.-С.26.

7. Кудрявцев А.Е., Некоторые особенности структурно-агрегатного состава орошаемых черноземов Алтайского Приобья /Проблемы орошения почв Сибири: тез. к конф. - Барнаул: Изд-во АСХИ, 1988. - С.62.

8. Кудрявцев А.Е., Татаринцев Л.М. Агрегатный состав темно-каштановых почв Кулундинской степи и его изменение под влиянием орошения /Научные основы и практические приемы повышения плодородия почв

Урала и Поволжья: тез. докл. XI науч.-произв. конф. почвоведов, агрохимиков и земледелов Урала и Поволжья. - Уфа: Изд-во БашСХИ, 1988. -С.147-148.

9. Кудрявцев А.Е. Физические условия плодородия черноземов Барнаульского стационара /Научные основы и практические приемы повышения плодородия почв Урала и Поволжья: тез. докл. XI науч.-произв. конф. почвоведов, агрохимиков и земледелов Урала и Поволжья. - Уфа: Изд-во БашСХИ, 1988. - С.24-25.

10. Кудрявцев А.Е., Татаринцев JI.M. Влияние орошения на свойства южных черноземов и темно-каштановых почв Кулунды и пути предотвращения его негативных последствий /Предотвращение негативных последствий при орошении почв Сибири: сб. науч. тр. - Абакан: Изд-во ХГУ, 1988. - С.33-35.

11. Кудрявцев А.Е., Татаринцев Л.М., Давыдов A.C. Физические и водно-физические свойства черноземов в кормовых севооборотах Барнаульского стационара /Эффективность удобрений в севооборотах Алтайского края: сб. науч. тр. - Барнаул: Изд-во АСХИ, 1988. - С.92-97.

12. Кудрявцев А.Е., Татаринцев JIM., Глушкова Н.К. Влияние орошения на некоторые свойства темно-каштановых почв Кулундинской степи /Научные основы и практические приемы повышения плодородия почв Урала и Поволжья: : тез. докл. XI науч.-произв. конф. почвоведов, агрохимиков и земледелов Урала и Поволжья. -Уфа: Изд-во БашСХИ, 1988. - С. 135-136.

13. Кудрявцев А.Е., Татаринцев Л.М., Рассыпнов В.А. Агрегатное состояние чернозема выщелоченного в кормовом севообороте при орошении /Проблемы повышения плодородия почв в условиях интенсивного земледелия: сб. науч. трудов-Ташкент: Изд-во Институт почвоведения и агрохимии АН УзССР, 1989.- С. 22-26.

14. Кудрявцев А.Е., Татаринцев JI.M., Бурлакова JI.M., Глушкова Н.К., Давыдов A.C. Плодородие черноземов Алтайского Приобья при орошении /Освоение и использование мелиорируемых земель и водных ресурсов на юге Западной Сибири: сб. науч. тр. - Барнаул: Изд-во АСХИ, 1989. -С. 34-35.

15. Кудрявцев А.Е., Татаринцев JI.M., Кудрявцева Н.Ф., Давыдов A.C. Плодородие черноземов Алтайского Приобья при орошении /Вклад молодых ученых и специалистов в интенсификацию сельскохозяйственного производства: материалы Всесоюзн. науч.-практ. конф.: в 2-х ч.- Алма-Ата: Изд-во КазСХИ, 1989.-Ч.2.-С. 53-54.

16. Кудрявцев А.Е., Татаринцев Л.М., Бурлакова Л.М., Давыдов A.C. Орошение черноземов Алтайского Прибья и их рациональное использование /Роль мелиорации и в природопользовании: тез.докл. Всесоюз. совещ. (23-25 апреля 1990 г.). - Владивосток: Изд-во ПримНИИСХ, 1990. - С. 64-68.

17. Кудрявцев А.Е., Морковкин Г.Г. Некоторые особенности миграции нитратов в профиле черноземов выщелоченных под влиянием орошения /Экологические проблемы химизации сельского хозяйства: тез. к конф. -Барнаул: Изд-во АГАУ, 1990. - С.60-62.

18. Кудрявцев А.Е., Бурлакова Л.М., Татаринцев JI.M. Эволюция черноземов Алтайского Приобья при орошении /Почвообразование, литогенез и палеография: тез. докл. к науч-практ. конф., посвящ. 100-летию со дня рождения P.C. Ильина (1891-1937 гг.). - Томск: Изд-во ТГУ, 1991. -С.51-53.

19. Кудрявцев А.Е. Влияние орошения на физическое состояние каштановых и черноземных почв Алтайского края: автореф. дисс. ... канд.с.-х. наук. - Барнаул: Изд-во АГАУ, 1995. - 20с.

20. Кудрявцев А.Е., Бурлакова JI.M., Жандаров Б.В. Водопроницаемость орошаемых и неорошаемых каштановых и черноземных почв /Экологические проблемы использования водных и земельных ресурсов на юге Западной Сибири: сб. науч. тр. - Барнаул: Изд-во АГАУ, 1997. -С.173-179.

21. Кудрявцев А.Е., Кононцева Е.В. Состояние почвенного плодородия на склоновых землях Алтайского Приобья /Организация рационального использования и охраны сельскохозяйственных земель Алтайского края в современных условиях: доклады, выступления, рекомендации: сб. мат. 4-ой регион, науч.-практ. конф. (21 марта 2001 г.). - Барнаул: Изд-во АГАУ, 2001.-С. 12-21.

22. Кудрявцев А.Е., Бурлакова JI.M., Совриков А.Б. Влияние водной эрозии на почвы пахотных угодий совхоза «Элекмонарский» /Агрономия: мат. на-уч.-практич. конф.: в 4т. - Барнаул: Изд-во АГАУ, 2001. -Т.4. - С.111-112.

23. Кудрявцев А.Е., Бурлакова JI.M., Совриков А.Б. Влияние подвижных питательных веществ содержащихся в пахотных почвах на урожайность зерна яровой пшеницы в ЗАО «Терек» /Агрономия: мат. науч.-практич. конф.: в 4т. - Барнаул: Изд-во АГАУ, 2002. -Т.З. - С.34-36.

24. Кудрявцев А.Е., Бурлакова JI.M., Кононцева Е.В.Проявление плоскостной водной эрозии в пахотных почвах Приобского плато /Вестник Алтайского научного центра САН ВШ. - 2002. - №5. - С. 11-17.

25. Кудрявцев А.Е., Бурлакова JI.M.. Райхерт Е.В. Категории земель и степень эродированности почв пахотных угодий ЗАО «Терек» Усть-Коксинского района республики Алтай /Вестник Алтайского государственного аграрного университета - Барнаул: Изд-во АГАУ, 2002. - № 4. - С. 261262.

26. Кудрявцев А.Е., Бурлакова JI.M., Совриков А.Б. Влияние подвижных элементов питания на урожайность зерна яровой пшеницы ЗАО «Терек»

/Вестник Алтайского государственного университета - Барнаул: Изд-во АГАУ, 2002. - № 3. - С. 34-36.

27. Кудрявцев А.Е., Бурлакова Л.М., Совриков А.Б. Влияние содержания в почве подвижных элементов питания на урожайность овса в Уймонской долине Республики Алтай /Агрономия: мат. науч.-практич. конф.: в 2-х т. -Барнаул: Изд-во АГАУ, 2003. -Т.2. - С.32-36.

28. Кудрявцев А.Е., Бурлакова Л.М., Кононцева Е.В. Экологическое состояние пахотных угодий высокого Алтайского Приобья и режимы их использования /Современные проблемы и достижения аграрной науки в животноводстве и растениеводстве, сб. статей: в 2 ч. - Барнаул: Изд-во АГАУ, 2003. -4.2. - С. 35-39.

29. Кудрявцев А.Е., Кудрявцева Н.Ф., Луткова Э.Ф. Влияние засоренности на урожай зерна яровой пшеницы в хозяйствах Уймонской долины Республики Алтай /Современные проблемы и достижения аграрной науки в животноводстве и растениеводстве: сб. статей: в 2 ч. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2003.-Ч. 2,- С. 82-85.

30. Кудрявцев А.Е., Совриков А.Б. Влияние подвижных элементов питания на урожайность овса /Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - Барнаул: Изд-во АГАУ, 2003. - № 2(10). - С. 12-13.

31. Кудрявцев А.Е., Бурлакова Л.М., Кононцева Е.В. Экологическое состояние почв пахотных угодий высокого Алтайского Приобья и режимы их использования /Современные проблемы и достижения аграрной науки в животноводстве и растениеводстве: сб. науч. ст. к юбилею Междунар. конф. -Барнаул: Изд-во АГАУ, 2003. - С. 40-41.

32. Кудрявцев А.Е., Кудрявцева Н.Ф., Луткова Э.Ф. Влияние засоренности на урожайность зерна яровой пшеницы в хозяйствах Уймонской долины Республики Алтай /Современные проблемы и достижения аграрной науки в животноводстве и растениеводстве: сб. науч. ст. к юбилею Междунар. конф. - Барнаул: Изд-во АГАУ, 2003. - С. 35-39.

33. Кудрявцев А.Е., Бурлакова Л.М., Кононцева Е.В., Райхерт Е.В. Интенсивность плоскостной и водной эрозии в условиях высокого Приобья Алтайского края и Уймонской долины Республики Алтай /Эрозионные процессы в Сибири: сб. науч. ст. - Барнаул: Изд-во АлтГУ, 2003. - С. 29-34.

34. Кудрявцев А.Е., Кудрявцева Н.Ф., Райхерт Е.В. Характеристика параметров плодородия склоновых почв Уймонской котловины Республики Алтай /Материалы Х1ЛП научно-технической конференции Челябинского гос. агроинженерного ун-та: в 3-х ч. -Челябинск: Изд-во ЧГАУ, 2004. - Ч.З. -С. 335-339.

35. Кудрявцев А.Е. Влияние агротехнических мероприятий на урожайность яровой пшеницы, возделываемой на черноземных почвах Уймонской котло-

вины /Черноземы Центральной России: генезис, география, эволюция: мат. Междунар. конф., посвящ. 100-летию со дня рождения П.Г. Адерихина. -Воронеж: Изд-во ВГУ, 2004. - С. 441-445.

36. Кудрявцев А.Е., Райхерт Е.В., Кононцева Е.В. Экологическое состояние пахотных земель Уймонской долины Республики Алтай /Почвы национальное достояние России: мат. IV съезда Докучаевского общества почвоведов. -Новосибирск: Изд-во ИПА СО РАН, 2004. - С. 25-27.

37. Кудрявцев А.Е., Бурлакова JI.M., Тонких В.В. Влияние обработки почвы на плотность, влажность и урожайность зерна яровой пшеницы /Вестник Алтайского государственного аграрного университета - Барнаул: Изд-во АГАУ, 2004. - № 4(16). - С. 12-14.

38. Кудрявцев А.Е., Тонких В.В. Влияние технологических приемов на про-тивоэрозионную устойчивость и физические свойства почв /Вузовская наука - сельскому хозяйству: мат. Международная науч.-практич. конф.: в 2 кн.-Барнаул: АГАУ, 2005. - Кн. 1. - С. 72-77.

39. Кудрявцев А.Е., Бурлакова JI.M. Принципы выделения экологоланд-шафтных уровней пахотных угодий Приобья Алтая /Роль почв в сохранении устойчивости ландшафтов и ресурсосберегающее земледелие: мат. Между-народн. науч.-практич. конф. (Пенза, 5-10 сентября 2005г.) - Пенза: РИО ПГСХА, 2005. - С.268-269.

40. Кудрявцев А.Е., Кудрявцева Н.Ф., Райхерт Е.В. Физические свойства и подвижные элементы в черноземных почвах Уймонской котловины Республики Алтай /Плодородие почв Сибири: Межрегиональный специализированный конгресс: сб. мат. конф. (Барнаул, 25-27 октября 2005 г.). - Барнаул: Изд-во АГАУ, 2005. - С. 36-39.

41. Кудрявцев А.Е., Ушакова Ю.А. Изменение параметров плодородия пахотных почв в умеренно-засушливой и колочной степи Алтайского края /Аграрная наука - сельскому хозяйству: сб. ст. II Междунар. науч.-практ. конф.: в 2-х кн. - Барнаул: Изд-во АГАУ, 2007. - Кн. 1. - С.154-155.

42. Кудрявцев А.Е., Кудрявцева Н.Ф., Луткова Э.Ф., Стрельцова Е.А. Агро-фитоценозы зерновых культур Уймонской долины /Природные условия, история и культура Западной Монголии и сопредельных регионов: материалы VIII Международной конференции (Горно-Алтайск, 19-23 сентября 2007 г.): в 2-х т. - Горно-Алтайск: Изд-во РИОГАГУ, 2007. - Т.2. - С. 345-347.

43. Кудрявцев А.Е., Райхерт Е.В. Шторм О.Н. Пути рационального использования агрогенных почв Алтайского Приобья и межгорных котловин Алтая /Сохранить почвы России: мат. V съезда Общества почвоведов имени В.В. Докучаева (18-22 августа 2008 г., Ростов-на-Дону). - Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2008.-С. 180.

44. Кудрявцев А.Е., Шторм О.Н. Профилеобразующие морфологические параметры агрочерноземов высокого Алтайского Приобья /Молодые ученые - сельскому хозяйству Алтая: сб. науч.тр. - Барнаул: Изд-во АГАУ, 2009. -Вып.4. - С. 17-21.

45. Кудрявцев А.Е. Эрозионные процессы пахотных почв Алтайского Приобья и межгорных котловин Алтая /Аграрная наука - сельскому хозяйству: сборник статей V Международной научно-практической конференции (1718 марта 2010 г.): в 3 кн. - Барнаул: Изд-во АГАУ, 2010. - Кн. 1. - С. 549-551.

46. Кудрявцев А.Е. Влияние элементов рельефа на свойства агрочерноземов Алтайского Приобья /Новые направления в решении проблем АПК на основе современных ресурсосберегающих, инновационных технологий: мат. Международной научно-практической конференции, посвященной 65-летию Победы в Великой Отечественной войне (26-28 января 2010 г.): в 2-х т. -Волгоград: ИПК «Нива». - Т.2. - С. 3-6.

47. Кудрявцев А.Е., Порунов П.И. Агроэкологическое состояние пахотных почв средней лесостепи Алтайского Приобья /Агроэкологические аспекты устойчивого развития АПК: мат. VII Международной науч. конф. - Брянск: Изд-во Брянской ГСХА, 2010. - С. 206-209.

48. Кудрявцев А.Е. Модель интенсивности смыва пахотных почв Алтайского Приобья и межгорных котловин Алтая /Закономерности изменения почв при антропогенных воздействиях и регулирование состояния и функционирования почвенного покрова: мат. всероссийской науч. конф. Общества почвоведов им. В.В. Докучаева. (28-29 сентября 2010 года). - М.: Изд-во: Почвенный институт им. В.В. Докучаева, 2011. - С. 470-472.

49. Кудрявцев А.Е., Кудрявцева Н.Ф. Агроэкологический мониторинг плодородия пахотных почв Алтайского Приобья /Проблемы современного землепользования и пути их решения: сб. мат. Всеросс. науч.-практ. конф. (6-7 декабря 2012 г.). - Уссурийск: Изд-во ФГБОУ ВПО ПГСХА, 2012.- С. 59-62.

Подписано в печать 12.03.2013 г. Формат 60x84/16. Бумага для множительных аппаратов. Печать ризографная. Гарнитура «Times New Roman». Усл. печ. л. 2. Тираж 100 экз. Заказ № 3 .

РИО АГАУ 656049, г. Барнаул, пр. Красноармейский, 98. Тел. 62-84-26

Текст научной работыДиссертация по биологии, доктора биологических наук, Кудрявцев, Андрей Ермолаевич, Барнаул

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕНЫИ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

Кудрявцев Андрей Ермолаевич

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПЛОДОРОДИЯ ПАХОТНЫХ ПОЧВ АЛТАЙСКОГО ПРИОБЬЯ И МЕЖГОРНЫХ

КОТЛОВИН АЛТАЯ

Специальность 03.02.13 - почвоведение

Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук

Научные консультанты: д.с.-х.н., Заслуженный деятель науки РФ

Бурлакова JI.M. д.б.н., профессор Макарычев C.B.

Барнаул 2013

Оглавление

Введение.................................................................................................................................................................................3

Глава 1. Современные проблемы оценки агроэкологического состояния плодородия пахотных почв........................8

Глава 2. Объекты и методы исследований........................................................................................................................28

Глава 3. Эрозионная оценка процессов, способствующих агроэкологической напряженности пахотных почв......54

3.1. Интенсивность эрозионных процессов исследуемых территорий.......................................................................54

3.2. Влияние климатических условий на интенсивность смыва почв талыми водами.............................................59

\

3.3. Влияние рельефа на интенсивность смыва почв талыми водами........................................................................64

3.4. Влияние агротехнических приемов на интенсивность смыва почв талыми водами..........................................67

3.5. Противоэрозионная устойчивость свойств почв...................................................................................................77

3.6. Модель величины смыва пахотных почв...............................................................................................................88

Глава 4. Особенности агроэкологической оценки динамичности плодородия пахотных почв...................................98

4.1. Гранулометрический состав пахотных почв и его динамичность.....................................................................103

4.2. Мощность гумусового горизонта пахотных почв и её динамичность...............................................................117

4.3. Содержания гумуса в пахотных почвах и его динамичность.............................................................................122

4.4. Особенности агроэкологической оценки динамичности реакции среды в пахотных почвах исследуемых территорий.....................................................................................................................................................................132

4.5. Структурно-агрегатный состав пахотных почв и его динамичность.................................................................135

4.6. Оценка динамичности элементов питания...........................................................................................................158

Глава 5. Агроэкологическая оценка плодородия пахотных почв.................................................................................186

5.1. Влияние климатических и геоморфологических условий на урожайность яровой пшеницы........................189

5.2. Влияние свойств почв на урожайность яровой пшеницы...................................................................................198

5.3. Влияние способов обработок на урожайность.....................................................................................................219

Глава 6. Методика комплексной агроэкологической оценки плодородия пахотных почв.........................................230

6.1. Принципы выделения уровней агроэкологического состояния пахотных почв...............................................230

6.2. Индикаторы плодородия, определяющие агроэкологическое состояние пахотных почв...............................235

6.3. Уровни агроэкологического состояния пахотных почв Алтайского Приобья и межгорных котловин Алтая .........................................................................................................................................................................................245

Выводы...........................................................................................................................................................................302

Предложения производству..........................................................................................................................................305

Рекомендации землепользователю..............................................................................................................................306

Литература.....................................................................................................................................................................309

Приложения...................................................................................................................................................................344

Введение

Актуальность темы. С развитием цивилизации человек преуспел в освоении природных, в частности почвенных ресурсов, использование которых далеко не безупречно. Природа начинает отвечать человеку на его порой необоснованное, неразумное воздействие. Возросший за последнее столетие антропогенный пресс на пахотные почвы, как правило, снижает их устойчивое функционирование и видоизменяет почвенный покров. Он провоцирует целый ряд негативных изменений в почвообразовательном процессе, обусловливает снижение продуктивности агроценозов, и даже приводит к опустыниванию. Это отмечают в своих работах ряд учёных, а именно, В.А. Ковда (1981); И.А. Крупеников (1981; 1992); Г.В. Добровольский, Е.Д. Никитин (1986); R.W. Arnold, I. Szabolcs, V.O. Targulian, 1990; Ф.И. Козловский (1991; 2003); В.И. Кирюшин (2000); Д.С. Булгаков (2002); И.И. Васенёв, Д.А. Букреев, В.Г. Хахулин (2002), Л.М. Бурлакова (2001, 2005, 2008), Г.Г. Морковкин (2011) и др. По оценкам специалистов, в результате нерачительного использования земельных ресурсов человечество уже утратило около 2 млрд. га некогда плодородных земель, превратив их в антропогенные пустыни - бедленды, что составляет около 3% территории планеты (Куракова, 1976; Розанов, 1984; Новиков, 2000).

В Алтайском крае в последние четверть века увеличились площади эродированных пахотных почв с 1,1 до 2,9 млн. га, а площади дефлированных за этот же период возросли с 3,8 до 4,3 млн. га (по данным ОАО «АлтайНИИГипрозем»). Это свидетельствует, что практически не осталось не затронутых водной и ветровой эрозией пахотных почв. Кроме водной и ветровой эрозии в Алтайском крае к прогрессирующим явлениям деградации специалисты относят также подкисление, ощелачивание, засоление, осолонцевание. Агроэкологический кризис пахотных почв Алтая, несомненно, прослеживается на обобщающем показателе - плодородии, которое в результате использования почвенных ресурсов претерпевает изменения, обусловливающие отклонения от естественного почвообразовательного процесса и как следствие снижает урожайность возделываемых культур.

В настоящее время нет методического обоснования, не прописаны «правила», позволяющие проводить агроэкологическую оценку плодородия пахотных почв, которые определяли бы интенсивность происходящих изменений, устанавливали причину этих изменений и вовремя предотвращали кризисную ситуацию. Сложившаяся практика использования пахотных почв и развитие деградационных процессов не может обеспечить сохранение почвенного плодородия. Наступило время, когда дальнейшее использование почвенных ресурсов возможно в рамках строго скорректированных нагрузок на стратегический ресурс природного комплекса. Актуальность этой проблемы предопределила цель нашей работы.

Цель работы: выявить агроэкологическое состояние плодородия, разработать и апробировать методику проведения агроэкологической оценки, предложить приёмы рационального использования пахотных почв Алтайского Приобья и межгорных котловин Алтая.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Определить современное состояние плодородия пахотных почв.

2. Установить роль природных условий, формирующих плодородие пахотных почв и разработать методику комплексной агроэкологической оценки.

3. Выявить значимость факторов и условий, определяющих интенсивность плоскостной водной эрозии и их влияние на агроэкологическое состояние плодородия пахотных почв.

4. Разработать шкалу оценки специфичных состояний свойств почв, характеризующих почвенное плодородие увязанных с урожайностью яровой пшеницы.

5. Разработать информационно-логическую модель формирования урожайности яровой пшеницы с учётом климатических, геоморфологических, агротехнических и почвенных условий.

6. Разработать уровни агроэкологического состояния плодородия пахотных почв и сформулировать принципы их выделения.

7. Разработать индикаторы свойств почв, позволяющих определять степень агроэкологического состояния плодородия.

8. Провести оценку агроэкологического состояния плодородия пахотных почв основных земледельческих зон края.

На защиту выносятся:

- методика комплексной агроэкологической оценки плодородия пахотных почв разработанная на принципах и системном подходе, выделения уровней агроэкологического состояния;

- разработанная шкала динамичности, характеризующая развитие процессов деградации, обусловленных интенсивностью смыва;

информационно-логическая модель, учитывающая почвенно-климатические, геоморфологические и агротехнические условия;

- уровни агроэкологического состояния плодородия пахотных почв, впервые разработанные на основе индикаторов параметров плодородия, степени и интенсивности деградации, совокупности почвенного покрова и геоморфологических условий;

- информационно-логическая модель формирования урожайности яровой пшеницы, учитывающая природные условия и антропогенное воздействие, позволяющая провести агроэкологическую оценку плодородия пахотных почв уровней агроэкологического состояния;

- диагностическая шкала оценки свойств пахотных почв, участвующих в формировании урожая на основе специфичных состояний;

- агроэкологическое ограничение на использование земельных ресурсов в пашне с учётом выделенных уровней агроэкологического состояния, предотвращающее деградацию, сохраняющее и повышающее плодородие.

Научная новизна работы

Для пахотных почв Алтайского Приобья и межгорных котловин Алтая предложена методика агроэкологической оценки плодородия пахотных почв с учётом интенсивности деградационных процессов.

Разработана шкала динамичности, индикаторы свойств почв, степень деградации, характеризующие агроэкологическое состояние пахотных почв, позволяющее выявить и выделить уровни агроэкологического состояния.

Впервые установлены уровни агроэкологического состояния пахотных почв, позволяющие оценить плодородие, интенсивность деградационных процессов различных зональных земледельческих почв.

Определены величины проявления плоскостного смыва, происходящего в пахотных почвах Алтайского Приобья и межгорных котловин Алтая с использованием информационно-логического анализа, позволяющего прогнозировать их развитие, с разработкой мероприятий по предотвращению.

Разработана информационно-логическая модель формирования урожайности яровой пшеницы, оценивающая уровни агроэкологического состояния, учитывающая климатические, геоморфологические, почвенные условия и основные агротехнические способы обработок почв.

Предложена диагностическая шкала оценки параметров свойств пахотных почв, участвующих в формировании урожая на основе специфичных состояний.

Практическая значимость работы

Разработана система экологических ограничений использования земельных ресурсов в пашне с целью создания экологического равновесия интенсивно используемых территорий в сельскохозяйственном производстве, приостановления развивающихся деградационных процессов, сохранения и повышения плодородия почв.

Материалы диссертационной работы использованы для оценки агроэкологического состояния плодородия пахотных угодий Алтайского Приобья и межгорных котловин Алтая. Разработаны технологические рекомендации по повышению плодородия пахотных почв в хозяйствах: СПК «Коксинское», СПК «Русь», ЗАО «Терек», СПК «Центральный», являющихся типичными эталонами основных почвенно-климатических зон земледельческой территории края.

Основные теоретические положения и результаты исследований используются в лекциях по дисциплинам «Почвоведение», «Физика почв», «Прогнозирование и планирование рационального использования земельных ресурсов», при проведении семинарских, лабораторно-практических занятий, при выполнении курсовых и дипломных работ на агрономическом факультете Алтайского ГАУ.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и публиковались в материалах VIII Всесоюзного съезда почвоведов (Новосибирск, 1989), IV съезда почвоведов России (Новосибирск, 2004), V съезда Общества почвоведов им. В.В. Докучаева (Ростов, 2008); международной конференции, посвящённой 100-летию со дня рождения П.Г. Адерихина «Черноземы Центральной России: генезис, география, эволюция» (Воронеж, 2004); Международной научно-практической конференции «Роль почв в сохранении устойчивости ландшафтов и ресурсосберегающее земледелие» (Пенза, 2005); Международной научно-практической конференции, посвященной 65-летию Победы в Великой Отечественной войне «Новые направления в решении проблем АПК на основе современных ресурсосберегающих, инновационных технологий» (Волгоград, 2010); Всероссийской научной конференции «Закономерности изменения почв при антропогенных воздействиях и регулирование состояния и функционирования почвенного покрова» (Москва, 2011); на научно-практических конференциях Алтайского ГАУ (г. Барнаул, 19962012 гг.). По теме диссертации опубликовано 75 работ, в том числе 11 работ, в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, предложений производству, списка литературы. Изложена на 430 страницах компьютерного текста, содержит 49 таблиц и иллюстрирована 80 рисунками. Список литературы включает 414 источников, в том числе 26 на иностранных языках. Диссертация обобщает многолетний опыт работы автора.

Автор выражает глубокую признательность научному консультанту доктору сельскохозяйственных наук, профессору, Заслуженному деятелю науки РФ Лидии Макаровне Бурлаковой за помощь в проведении и подготовке работы,

а также сотрудникам Алтайского государственного аграрного университета. Особенно хочется поблагодарить д.с.-х. н. О.И. Антонову, д.б.н. В.А. Рассыпнова, д.с.-х.н. A.C. Давыдова, д.б.н. JIM. Татаринцева, к.с.-х.н. В.А. Мерецкого, к.с.-х.н. Е.В. Кононцеву, к.с.-х.н. Ж.Г. Хлуденцова, к.с.-х.н. Е.А. Ельчищева за внимание и помощь.

Глава 1. Современные проблемы оценки агроэкологического состояния плодородия пахотных почв

Отношение человека к почвенным ресурсам (почвенные ресурсы - это плодородные почвы, используемые в сельском и лесном хозяйстве как средства производства) исторически менялось, от слепого преклонения и обожествления в древности до интенсивной антропогенной нагрузки в настоящее время. Причины увеличения антропогенной нагрузки на почвенные ресурсы общеизвестны. Во-первых, это демографический взрыв, начавшийся в двадцатом столетии и характеризующийся небывалым ежегодным приростом населения. Никогда еще темпы роста населения в мире, в абсолютных цифрах, не были столь высокими. Прирост населения в последние 10 лет состаляет более 30%, в то время как до 1950 годов он не превышал 10 % уровня (Слука, 2000). Такие темпы роста населения заставляют общество интенсивней использовать почвенные ресурсы, обостряют их экологическое развитие. Во-вторых, на почвенные ресурсы оказывает влияние развитие научно-технического прогресса, направленного на улучшение качества жизни человека и обеспечения продуктами питания все возрастающей численности населения на планете. Естественно, не сам научно-технический прогресс и рост населения обуславливает агроэкологическое состояние почвенных ресурсов, а нежелание промышленных предприятий, в том числе и аграрных, соблюдать экологические требования при производстве продукции, в силу экономических трудностей и отсутствия малозатратных научных разработок, способствующих экологически безопасному природопользованию.

С развитием цивилизации человек преуспел в освоении природных, в частности земельных и почвенных ресурсов, освоение которых далеко не безгранично. Сельскохозяйственные угодья в мире занимают 37,1% суши, из них пахотные земли всего лишь 10,4 % (приложение 1). Наибольшие площади обрабатываемых земель, в том числе и пахотных, находятся в Азии и Европе.

Это обусловлено достаточно благоприятными природными условиями, способствующими интенсивному освоению территорий в земледельческом

отношении. Основными владельцами земельных ресурсов являются такие страны как Россия, Канада, Китай, США, Бразилия, Австралия. Многие крупные государства не всегда хорошо обеспечены сельскохозяйственными угодьями и пашней. Причина этого кроется в их природных условиях. Если страна расположена в приполярных, горных областях или пустыне, то она не обладает обширными территориями пахотно-пригодных территорий. В мире огромное количество и таких территорий, на которых, в результате хозяйственной деятельности человека, потеряно самое ценное, определяющее жизнь и благополучие биосферы - верхний плодородный слой земли, именуемый почвой.

По оценкам специалистов, в результате нерачительного использования земельных ресурсов человечество уже утратило около 2 млрд. га н�