Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Эколого-агрохимическая оценка плодородия почв и эффективности применения удобрений в Западной Сибири

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Содержание диссертации, доктора сельскохозяйственных наук, Красницкий, Владимир Михайлович

Актуальность темы. В настоящее время сельскохозяйственное производство находится в глубоком кризисном состоянии. Происходит передел земли, связанный с формированием многоукладных форм производства и собственности на землю. Установившиеся и апробированные системы земледелия оказались нарушенными. Наметился отход от научно-обоснованных систем земледелия и упрощение технологий возделывания сельскохозяйственных культур.

К тому же с 1992 года в Западной Сибири и в целом по России положение усугублялось резким уменьшением применения минеральных и органических удобрений, мелиорантов. В то же время, по данным Д.М. Хомякова (2000), в России, по результатам балансовых расчетов, на каждый гектар пашни в среднем не хватает 80-100 кг питательных веществ.

Сокращение до минимума использования минеральных и органических удобрений, после его наращивания в предыдущие три десятилетия, вызывает сложные, мало изученные и до конца не проявившиеся изменения. При оценке плодородия почв в этих условиях требуется особенно тщательный контроль за возможными последствиями в первую очередь с агроэкологических позиций, так как под угрозу поставлено состояние плодородия почвы - основного фактора, определяющего уровень продуктивности земледелия и успешного функционирования в целом сельского хозяйства.

Изменение социально-экономическх условий и недооценка важности данной проблемы в стране могут привести к снижению активисяользо-равлению гтивности

КНЙГА ИМЕЕТ [истов печатных- ■,':•-• Выпуск В перепл. един, соедин №№ вып. Таблиц Карт ' , Иллюстр. Служебн. №№ ' 'Списка и порядковый О V rRÍ

А. i /п сг зственнои сономико-;ского со

5НИЙ В OCнаправ-ных при-период с юродием почв и агроэкологической оценки эффективности применения удобрений и мелиорантов.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

- обобщить материалы агрохимического обследования почв Западной Сибири за период 1965-2000 гг. и сформировать банк данных, характеризующих закономерности изменения эффективного плодородия по природно-климатическим зонам региона;

- исследовать процессы трансформации элементов питания в почвах и дать оценку их распределения в географическом аспекте;

- изучить закономерности действия и последействия минеральных и органических удобрений на продуктивность сельскохозяйственных культур на основных типах почв;

- установить количественные параметры радиологического и токсикологического загрязнения почв под влиянием техногенной нагрузки;

- обосновать систему основных производственных и агротехно-логических мероприятий по сохранению и воспроизводству почвенного плодородия.

Научная новизна результатов исследований. Впервые на основе обобщённого материала по агрохимическому обследованию почв дана комплексная агроэкологическая оценка агробиоценозов почв в Западной Сибири. Получены новые данные по содержанию тяжелых металлов, радионуклидов и токсикантов в почве и растениях и дан прогноз их накопления в агроландшафтах.

Определены количественные параметры приходных и расходных статей и интенсивность баланса органического вещества почвы и элементов минерального питания.

Установлены закономерности и даны количественные характеристики изменения энергопотенциала различных типов почв при сельскохозяйственном их использовании.

Установлены количественные характеристики зависимости урожайности сельскохозяйственных культур от применения удобрений и даны нормативы их окупаемости продукцией.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Закономерности изменения почвенного плодородия в различных природно-сельскохозяйственных зонах Западной Сибири.

2. Роль удобрений в повышении плодородия почв и продуктивности агробиоценозов.

3. Агроэкологическая оценка агроландшафтов по содержанию тяжелых металлов, радионуклидов и токсикантов.

4. Система агротехнологических приемов и производственных мероприятий, обеспечивающих воспроизводство плодородия почв и повышения продуктивности сельскохозяйственных культур.

Теоретическая и практическая значимость, реализация результатов исследований.

Впервые дан анализ состояния плодородия почв с агроэкологиче-ских позиций. Разработаны количественные характеристики в системе почвд-удобрение-растение, позволяющие диагностировать условия минерального питания и прогнозировать действие удобрений. Выявлены и сгруппированы площади с разным уровнем плодородия почвы, макро- и микроэлементов, тяжелых металлов, радионуклидов, рассчитана потребность Западно-Сибирского региона в минеральных удобрениях. На основе полученных данных разработаны научно-обоснованные рекомендации по эффективному применению минеральных и органических удобрений на зональных почвах региона.

Результаты исследований использованы при разработке «Программы повышения плодородия почв на 1998-2000 и 2001-2005 годы» и включены в зональные системы ведения сельского хозяйства Западной Сибири (Новосибирск, 1979; Омск, 1980, 1984, 1985, 1986, 1988,2000).

Заключение Диссертация по теме "Агрохимия", Красницкий, Владимир Михайлович

ВЫВОДЫ

1.На основе крупномасштабного агрохимического обследования почв дана оценка агрохимической и экологической характеристики почвенного покрова. Общей характеристикой всех типов почв является относительно низкий уровень плодородия. Низкое содержание гумуса отмечено на 5,4 млн. га или 31,2% общей площади пашни. Если учитывать, что почвы черноземного типа с солеожанием органического вещества 4-6% также следует относить к почвам с низким содержанием гумуса, то доля пахотных земель с этим показателем возрастает до 10 млн. га или 58% обследованной территории.

2. Пониженное содержание фосфора в почвах отмечено на площади 7,2 млн. га или 41% пашни, в том числе в Тюменской области - 71,6%, Омской - 52,8, Томской - 57,2%. С учетом, что оптимальное содержание фосфора в почве для зерновых культур составляет 130-150 мг/кг, практически более 70% пахотных земель нуждаются в дополнительном внесении фосфоросодержащих удобрений. Положение с запасом обменного калия в пахотных почвах более благополучно. В регионе очень мало почв с низким уровнем обеспеченности, практически преобладают почвы с повышенным и высоким содержанием калия (более 86,8% от общей площади пашни). Исключением в этом плане является Томская область, где 81,2% почв имеют низкое содержание обменного калия.

3. С повышенной кислотностью почвы занимают в Западной Сибири 4,7 млн. га или 26% от площади пашни, из них 1,3 млн. га сильно- и среднекислые, нуждающиеся в первоочередном известковании.

4. Содержание гумуса в почвах Омской области за период наблюдений (1966-2000 гг.) изменилось незначительно. Средневзвешенное содержание гумуса по области изменилось на 0,2%, причем более заметны эти изменения в южной и северной лесостепных зонах.

5. Динамика содержания подвижного фосфора в почве за период

1965-2000 гг. закономерно отражает уровень применения минеральных и органических удобрений. С 1965 по 1990 годы в период наибольшего применения удобрений в регионе средневзвешенное содержание подвижного фосфора увеличилось с 83 мг до уровня 110 мг/кг почвы. В последующем с падением уровня применения удобрений в земледелии содержание подвижного фосфора в почвах по всем зонам снижается. Несмотря на высокий вынос обменного калия урожаем сельскохозяйственных культур и низкий уровень применения калийных удобрений, содержание калия в почвах не изменилось, оставаясь на уровне 181-185 мг/кг.

6. Уменьшение использования удобрений в Западно-Сибирском регионе привело не только к снижению урожайности и валового сбора продукции сельскохозяйственных культур, но и к существенному ухудшению баланса азота, фосфора и калия в почве. За все годы наблюдений (с 1966 по 1998 гг.) баланс элементов питания в почвах региона оставался отрицательным. Сохранение тенденции сокращения применения удобрений уже в ближайшем будущем может привести к заметном)' снижению плодородия почв и дальнейшему уменьшению продуктивности земледелия.

7. Уровень содержания тяжелых металлов в почвах ЗападноСибирского региона в среднем не превышает 0,5 ПДК и соответствует слабом}' загрязнению. Это позволяет практически повсеместно получать экологически чистую в отношении этих показателей сельскохозяйственную продукцию. Исключение составляет Кемеровская область с ее высоким промышленным потенциалом. Здесь значения содержания в почве цинка и кадмия превышают ПДК, причем по кадмию более чем в 2 раза, что необходимо учитывать в агрономической практике.

8. Содержание естественных радионуклидов в почвах Омской области не выходит за пределы уровня допустимых и характеризуется ниже среднероссийских значений. На примере Омской области содержание наиболее опасных искусственных радионуклидов - строн-ция-90 и цезия-137 ниже общероссийских соответственно в 5,4 и 1,75 раза. Также меньше содержание остальных радионуклидов: калия-40, радия-226, тория-232.

Сельскохозяйственные культуры, выращиваемые в Омской области на различных типах почв, содержат практически одинаковое количество стронция-90 - менее 1,8 Бк/кг при ПДК для различных культур от 50-40. Количество цезия-137 варьирует в пределах 2,2 - 10,1 Бк/кг при ПДК 80 - 320.

Коэффициент перехода Сэ-137 из почвы в зерно составляет 0,46-0,7, в солому - 0,70-1,1. По степени увеличения коэффициента перехода зерновые располагаются в следующий ряд: пшеница > ячмень > овес > озимая рожь. Для пропашных культур и многолетних трав коэффициент перехода составляет 0,52-0,74. Среднее значение содержания стронция-90 для зерновых 0-5,2 (ПДК 140), овощных 0-4,1 (ПДК 330), картофеля 0-38 (ПДК 60). Среднее значение цезия-137 для зерновых 0-22 (ПДК 80), овощных 0-17,4 (ПДК 130), картофель 0-9,2 (ПДК 130).

9. Ежегодное поступление тяжелых металлов в почвы региона относительно их фактического уровня составляет: по свинцу - 0,018%, кадмию -0,036, меди - 0,019, цинка - 0,028%. Содержание всех исследуемых элементов на порядок (по цинку на два) ниже ПДК. Наибольшее поступление тяжелых металлов в почву (24-90%) каждого элемента приходится на органические удобрения и наименьшее (0,8-1,0%) ->- на минеральные.

1 и.Уменьшение использования средств химизации и органических удобрении может привести к существенным негативным последствиям для аграрного производства региона. Рассчитанный нами прогноз показывает, что урожайность яровой пшеницы по оптимальной технологии и научно обоснованных объемах применения средств химизации будет колебаться в пределах 11 -18 ц/га.

При возделывании яровой пшеницы с отклонениями от рекомендуемых технологий и лимитированных объемом средств химизации урожай составит всего 6-10 ц/га. Уровень урожаев значительно уменьшается, так как падает эффективное плодородие.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

Для Западно-Сибирского региона с учетом агрохимических свойств почв, структуры посевных площадей, фактической урожайности и баланса элементов питания в почвах региона на период 20002010 гг. требуется следующее количество минеральных удобрений:

- Алтайский край —410 тыс.т. д.в., в т.ч. N-130, Р-199, К-81;

- Кемеровская область -170 тыс.т. д.в., в т.ч. N-84, Р-60, . К-26;

- Новосибирская область - 251 тыс.т. д.в., в т.ч. N-109, Р-90, К-52;

- Омская область -345 тыс.т. д,в., в т.ч. N-133, Р-184, К-28;

- Томская область - 68 тыс.т. д.в., в т.ч. N-33, Р-8, К-27;

- Тюменская область -101 тыс.т. д.в., в т.ч. N-44, Р-44, К-25.

При выборе оптимальных доз и сочетаний минеральных удобрений под зерновые культуры нужно руководствоваться «Рекомендациями по возделыванию яровой пшеницы по интенсивной технологии в Омской области» (1984, 1985, 1986, 1987, 2000). Для расчета окупаемости необходимо использовать нормативы, рассчитанные к конкретным почвенно-климатическим условиям.

Ориентировочные дозы и сочетания удобрений под зерновые культуры в зависимости от типа и химического состава почвы: а) почвы серые лесные, дерново-подзолистые

ДР205, кг/га = 375/ Р205 мг/100г; ДК20, кг/га = 648/ К20 мг/100г; б) черноземы солонцеватые ДР205, кг/га = 462/ Р205 мг/100г; в) черноземы выщелоченные

ДР205, кг/га = 324/ Р205 мг/1 ООг; ДК20, кг/га = 400/ К20 мг/1 ООг; черноземы о—ыкновснчы— ДР205, кг/га = (600-665)/ Р205 мг/1 ООг.

Для сохранения потенциального плодородия почвы (гумуса) необходимо использовать органические удобрения, в том числе солому: для степной зоны - 3,5-4,0, южной и северной лесостепи - 5-6, таежной и подтаежной зон (северной) - 7-8 т/га.

Известкование сильно-и среднекислых почв местным торфяно-карбонатно-фосфорным сырьем в дозах 6-8 т/га устраняет избыточную кислотность, восполняет почву элементами питания.

Для обеспечения экологической сбалансированности агроценозов Западно-Сибирского региона и получения биологически ценной растениеводческой продукции необходимо вести постоянное наблюдение и контроль за содержанием и трансформацией тяжелых металлов, • радионуклидов и других экотоксикантов в почвах и растениях.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Монографии и книги

1. Земля, мелиорация, урожай. - Омск: Кн. изд-во, 1988. - 103 с. (в соавт. с В.Ф. Гофом, А.И. Парфеновым и др.).

2. Теория и практика сохранения и восстановления нарушенных ландшафтов Крайнего Севера. - Омск: Упрполиграфиздат, 1992. - 132 с. (в соавт. с С.Д. Масалкиным, И.Ф. Храмцовым).

3. Состояние и агроэкологический прогноз развития экосистем (на примере Омской области). - Омск, 1998. - 97 с.

4. Агрохимическая характеристика и плодородие почв Омской области. - Омск: Кн. изд-во, 1999. - 399 с. (в соавт. с А.Д. Колесниковым, А.А. Мороз, Н.Д. Лыхенко и др.).

5. Программирование урожая. - Омск, 2000. - 82 с. (в соавт. с Ю.И. Ермохиным, А.Ф. Неклюдовым).

6. Агроэкотоксикологическая оценка агроценозов. - Омск, 2001. - 68 с.

7. Анализ почв, растений и проблемы применения удобрений. -Омск, 2002. - 307 с. (в соавт. с Ю.И. Ермохиным, Л.Ф. Карчевским, И.Ф. Храмцовым и др.).

8. Агрохимическая и экологическая характеристика почв Западной Сибири. - Омск, 2002. — 144 с.

Статьи

9. Агрохимические показатели низинных торфяных почв Омской области // Химическая мелиорация почв: Сб. науч. тр. 7 ОмСХИ. л. . лапа г^ сп ! »'МСК, I у /и — (-и !.

10. Применение минеральных удобрений при возделывании кормовых культур на торфяных почвах /7 Науч.-техн. бюл, / СО ВАСХНИЛ, СибНИИСХ" - 1977. - Вып,28. - С.32-35. (в соавт. с Э.И. Кудельским).

11. Особенности агрохимических свойств и эффективности минеральных удобрений на осушенных торфяных почвах Омской области: Автореф. дис. канд. с.-х. наук. - Омск, 1980. -16 с.

12. Эффективность минеральных удобрений в звеньях полевого севооборота на выщелоченном черноземе северной лесостепи Омской области // Результаты стационарных полевых опытов с удобрениями в системе агрохимической службы за 1969-80 гг: - М., 1983. - С.150-171 (в соавт. с Н.Е. Полевой).

13.Сеникация посевов зерновых культур и картофеля // Методические сообщения и рекомендации по внедрению научных и технологических разработок ВНИИПТИХИМ за 1983 год: Сб. ст. - М., 1984. - С.67-69 (в соавт. с А.Н. Кондратенко, Л.Н. Медведевой).

14. Влияние калийных удобрений на урожай и качество зерна ячменя // Применение удобрений в Омской области: Сб. науч. тр. / СО ВАСХНИЛ. - Новосибирск, 1985. - С.47-54 (в соавт. с Т.И. Пирого-вой, Н.В. Войтовичем).

15.Агрохимическое обеспечение отрасли земледелия области // Задачи агрономической службы области по ускорению научно-технического прогресса в земледелии: Материалы обл. агроном, со-вещ.-семинара /Агропром. Омской обл. - Омск, 1989. - С. 144-152.

16. Роль удобрений в увеличении производства продукции растениеводства в условиях экологической сбалансированности // Использование научно-технического прогресса в земледелии с учетом экологической сбалансированности: Материалы науч.-практ. конф. / Агропром. Омской обл., ОмСХИ. - Омск, 1990. - С. 37-48 (в соавт. с Ю.И. Ермо-хиным, И.Ф. Храмцовым).

17.Проблемы экологического мониторинга на фтор и стронций // Химизация сельского хозяйства. - 1991. - №7. - С. 12-15 (в соавт. с Л.В. Березиным, Ю.С. Дмитриевым).

18.Окупаемость минеральных удобрений на основных культурах Омской области // Науч.-техн.бюл. / СО ВАСХНИЛ. СибНИИСХ. -1991,-Вып. 1.-С.З-9.

19. Оценка роли минеральных удобрений в земледелии Омской области // Почвы Западной Сибири и их удобрение: Сб. науч. тр. / ОмСХИ. - Омск, 1991. - С.11-15 (в соавт. с Ю.И. Захаровым).

20.Мониторинг и его роль в оценке плодородия почв /У Почвы, удобрения, урожай: Сб. науч. тр./ОмГАУ. — Омск, 1996. - С.22-25 (в соавт. с А.Ф. Цырком).

21. Биологическое качество урожая сельскохозяйственных культур - функция сбалансированного химического состава растений // Современные проблемы оптимизации минерального питания растений: Материалы науч.-практ. конф., (г. Нижний Новгород, 2-5 дек. 1998 г.). - Нижний Новгород, 1998. - С. 104-106 (в соавт. с Ю.И. Ер-мохйкым).

22. Оптимальные условия минерального питания растений при длительном применении средств химизации // Современные проблемы оптимизации минерального питания растений: Материалы науч.-практ. конф. ; (г. Нижний Новгород, 2-5 дек. 1998г.). - Нижний Новгород, 1998. - С.134-136. (в соавт. с В.В. Шепелевым).

23.Агрохимическое состояние почв Омской области // Вестник ОмГАУ. - 1999. - № 1. - С.30-35 (в соавт. с А.Ф. Цырком).

24.Оценка и прогнозирование техногенного загрязнения почв // Вестник ОмГАУ. - 1999. - №2. - С.31-35.

25. Эколого-агрохимические аспекты химизации и биологизации земледелия//Агрохимический вестник. - 1999. - №2. - С.28-31 (в соавт. с Ю.И. Ермохиным).

26. Эффективность применения удобрений под зерновые культуры на почвах Омской области // 400 лет землепашества Омского Прииртышья: Материалы регион, науч.-практ. конф. / РАСХН. СО. СибНИ-ИСХ. - Омск, 2000. - С.39-42 (в соавт. с Ю.И. Ермохиным, И.Ф. Храм-цовым).

27. Воспроизводство и сохранение плодородия почв Западной Сибири // Агрохимический вестник. - 2000. - № 3. - С.2-5.

28. Проблемы воспроизводства плодородия почв Западной Сибири // 400 лет землепашества Омского Прииртышья: Материалы регион. науч.-практ. конф. / РАСХН. СО. СибНИИСХ. - Омск, 2000. -С.58-60.

29. Экологическая оценка состояния почвенного покрова // 400 лет землепашества Омского Прииртышья: Материалы регион, науч.-практ. конф. / РАСХН. СО. СибНИИСХ. - Омск, 2000. - С.60-64.

30. Картограмма содержания гумуса в пахотных почвах Омской области на 2000 г. / ФГУ ЦАС «Омский»; - 1:600000. - Омск: ОКФ Роскартографии, 2001. (в соавт. с А.Ф. Цирком, H.A. Пановой, Л.Ф. !0л£1дук0мj.

31. ПрКрОДНЫС СЫрЬСВЫС ресурсы Om&CQIi области // Äa pOX*iMxi4c= ский вестник. - 2001, № 2. - С.34-35 (в соавт. с В.Н. Ильичевым).

32. Радионуклиды в почве и растениях // Агрохимический вестник. >-2001,-№ 3.-С. 17-18.

33.Анализ агрохимического обследования и направленность изменения агрохимических параметров основных типов почв // Природа, природоиспользование и природообустройство Омского Прииртышья: Материалы Ш обл. науч.-практ. конф. - Омск: Курьер, 2öö I. — С.152-153.

34. Радиологическая характеристика почв и растений Омской области // Вестник ОмГАУ. -2001. - № 1. - С. 19-21.

35. Тяжелые металлы в почвах Западной Сибири // Деградация почвенного покрова и проблемы агроландшафтного земледелия: Материалы Первой междунар. науч. конф. . (г. Ставрополь, 24-28 сент. 2001г.). - Ставрополь: ГОУ СГСХА, 2001. - С.252-253.

36. Оценка сельскохозяйственной продукции и почв в Омской области. // Агрохимический вестник. - 2002. - № 2. - С.5-7.

37. Методика составления районных и областных картограмм в области (крае) Западно-Сибирского региона. - Омск, 2002. - 14 с. (в соавт. с А.Ф. Цырком, H.A. Пановой).