Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Эколого-агрохимические проблемы воспроизводства плодородия почвы, повышения продуктивности земледелия и пути их решения в лесостепи Поволжья

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Эколого-агрохимические проблемы воспроизводства плодородия почвы, повышения продуктивности земледелия и пути их решения в лесостепи Поволжья"



На правах рукописи

САТАРОВ ГАЛЬМЕДИН АЙНУЛОВИЧ

УДК 631.8:631.452:631.4

ЭКОЛОГО-АГРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ВОСПРОИЗВОДСТВА ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВЫ, ПОВЫШЕНИЯ ПРОДУКТИВНОСТИ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ В ЛЕСОСТЕПИ ПОВОЛЖЬЯ

Специальность 06.01.04 - агрохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

МОСКВА 1999

Работа выполнена в Ульяновском научно-исследовательском институте сельского хозяйства.

Научный консультант*. академик РАСХН, доктор

сельскохозяйственных наук, профессор В.Г.МИНЕЕВ

Официальные оппоненты: академик РАСХН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор А.М.ЛЫКОВ

Доктор сельскохозяйственных наук,профессор В.Е. Я8ТУШЕНКО

Доктор сельскохозяйственных наук, профессор И.Н.ЧУМАЧЕНКО

Ведущее предприятие: Научно-исследовательский

ордена Трудового Красного Знамени институт сельского хозяйства Юго-Востока

Защите состоится * ' 1999 г.

в 14 часов на заседании диссертационного Совета Д.020.09.01 Всероссийского научно-исследовательского института удобрений и агропочвоведения имени Д.Н.Прянишникова по адресуй27550, Москва, ул,Прянишникова,31, диссертационный Совет ВИУА.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всероссийского НИИ удобрений и агропочвоведения им.Д.Н,Прянишникова.

Автореферат разослан "____

Ученый секретарь диссертационного С;:-«!^ ..-глр сельскохозяйственных наук, профессор Г .- ■

/ ~

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Характерной особенностью современного сельскохозяйственного производства Поволжья" остается поиск путей повышения продуктивности земледелия. Успешное решение этой глобальной в лесостепной зоне Поволжья в современном • земледелии неразрывно связано с: эколого-агрохимическими и энергетическими проблемами воспроизводства почвенного плодородия.

В связи.с этим практическое земледелие остро нуждается в рекомендациях по рациональному использованию удобрений; внедрению научно обоснованных" севооборотов и правильного выбора способов - обработки почвы. Для * этого : важно знать характер и реальные темпы изменения агрохимических, агрофизических и. биологических свойств почвы при антропогенном воздействии на агроэкоснсгему.

По прежнему остаются. актуальными вопросы: разработки научных основ экологически и экономически обоснованного применения минеральных и .органических удобрений в севооборотах, управления продукционным. процессом посевов на основе оптимизации миндального питания растений и технологии управления плодородием черноземов в ландшафтном земледелии Поволжья.,

В связи с этим наши исследования посвящены разработке ряда теоретических основ и практических предложений по экологически безопасному и эффективному применению органических и минеральных удобрений, а также средств защиты растений. При этом были приняты следующие критерии: получение максимальной продуктивности, сохранение и воспроизводство почвенного плодородия, сокращение: энергозатрат и предотвращением загрязнения окружающей среды.

I [ель исследований -разработать стратегию воспроизводства плодородия черноземов-и повышения продуктивности земледелия за счет оптимизации минерального питания культур агроэкосистем в условиях Среднего Поволжья.

Задачи исследований:

1. Теоретически обосновать особенности современного почвообразовательного процесса и выявил. основные антропогенные и естественные факторы, влияющие на плодородие почвы.

2. Провести оценку сельскохозяйственных культур по их влиянию на гумусное состояние

ГГПЧВ • ц , выявить роль

ЦЕНТРАЛЬНАЯ НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА Моск. "дь.^'очэз ачадемии и.,.. Д. «Тимирязева.

Инр.

специалшироваЕпшх севооборотов ■ б регулировашш плодородия черноземов.

3. Установить влияние длительного применения органических и минеральных удобрепийв разных севооборотах на изменение агрохимических; • агрофизических и. биологических свойств почвы.

4. Определить оптимальные параметры основных показателей агрохимических и агрофизических свойств почвы, и найти экономически целесообразные способы их регулирования.

5. Установить лимитирующие факторы роста урожайности сельскохозяйственных культур н разработать оптимальные системы удобрений дня разных севооборотов:

6. Изучить влияние разных систем удобрений и средств зашшы растений на продукшвносггь севооборотов, и выявить закономерности влияния средств химизации па качество-'и экологическую безопасность продукции.

7. Изучить условия, и. факторы, вляюпше на изменения размеров выноса и рассчитать баланс основных элементов питания > в севооборотах при разных системах удобрений.

8. Дать энергетическую и экономическую оценку применения удобрений в севооборотах.

9. Разработать агроэкологическую ресурсосберегающую концепцию воспроизводства плодородия почв в лесосгеппой зоне Поволжья.

11аучпач новизна. В условиях Поволжья выполнены системные исследования, на основе которых расширены и углублены представления о роли различных видов и доз органических и минеральных удобрений, а также средств зашиты растений - как одно из важнейших условий повышения устойчивости растениеводства в зоне рискованного земледелия.

Впервые в условиях неустойчивого увлажнения лесостепной зоны Поволжья изучены, и определены значения факторов, ограничивающих. уровень урожайности • сельскохозяйственных культур,- установлены- количественные связи, между этими показателями, проведена сравнительная оценка различных систем удобрений в севооборотах с разным набором культур.

Установлены научцо обоснованные оптимальные уровни насыщения органическими! и минеральными удобрениями зернопаропропащного, зернопропашного ■ и

зернотравянопропашпого севооборотов, обеспечивающие их максимальную- продуктивность, а также - сохранение и воспроизводство почвенного плодородия. •

Дана сравнительная характеристика продуктивности культур севооборотов при различном уровне минерального шпация и защиты растений. Проведена экологическая оценка научно обоснованных технологий, и обоснованы рациональные дозы органических и минеральных удобрений под основные сельскохозяйственные культуры зоны Поволжья.

Определен баланс основных элементов минерального питания- при различных уровнях насыщения севооборотов удобрениями. Установлен допустимый норматив баланса питательных веществ для полевых севооборотов.

Проведена биоэнергетическая оценка применения минеральных и органических удобрений, а также средств защиты растений в разных севооборотах. Дана экономическая оценка приемам повышения плодородия земель.

На основе системного подхода в оценке роли и значений различных ; видов удобрений разработана агроэколопгаеская концепция воспроизводства плодородия черноземов Поволжья.

Теоретические и практические рекомендации представляют собой дальнейшее развитие теории расширенного воспроизводства плодородия почв и повышения продуктивности земледелия как исходной . базы современных экологически безопасных ресурсосберегающих технологий выращивания сельскохозяйственных культур.

На защиту выносятся следующие положения:

- Оценка разных систем удобрений и севооборотов по продуктивности'и накоплению биогенных элементов в почве и влиянию их на плодородие чернозема выщелоченного.

.Теоретическое и экспериментальное обоснование системного использования удобрений и средств защиты растешш в соответствии с агроэкологическими требованиями культур и с целью повышения плодородия черноземных почв.

- Определение допустимого норматива баланса отдельных видов питательных веществ для получения максимальной продуктивности; севооборотов, и сохранения почвенного плодородия.. , . .

- Биоэнергетическая и экономическая оценка разных видов севооборотов и степени насыщенности их удобрениями.

- ' Агроэкологическая концепция воспроизводства плодородия черноземов- Поволжья с 1 учетом: бнологгаапии современного земледелия.

Практическая значимость работы. Результаты нсследовапиЙ являются теоретической и практической основой для разработки -эффективного экологически безопасного применения различных

видов органических и минеральных удобрений, а также средств защиты растений в системе земледелия нового поколения с целью сохраняшя и повышения плодородия черноземов, роста продуктивности сельскохозяйственных культур и оздоровления, экологической ситуации.

Предложенная производству система применения удобрений в севооборотах обеспечит среднегодовую продуктивность не менее 3.5-4.5 т/га з.е. и устойчивость агроэкоснстем. Выявленные закономерности изменения плодородия почв и роста продуктивности сельскохозяйственных культур могут слумапъ основой для управления продукционным процессом.

Реал юани я результатов исследований. По результатам исследований разработан ряд практических рекомендаций по различным аспектам систем удобрений для хозяйств Ульяновской области п зоны лесостепного Поволжья. Материалы исследовании использовались областным управлением сельского хозяйства и продовольствия для разработки программных документов и регламентов возделывания сельскохозяйственных культур, для совершенствовашш нормативной базы при системном использовании агрохимических приемов с цеяыо повышения продуктивности земледелия, а также при составлении концепции совершенствования систем земледелия в хозяйствах Ульяновской области.

Апрооаиия работы. Основные результаты исследований и положения диссертации доложены на Региональном совещании участников Географической сети опытов с удобрениями ЦЧЗ, Поволжья, Северного Кавказа и Закавказья (Москва, 1986), на научно-практической конференции Международной ассоциации ''Атроэколас".(Москва, 1994), 1-ой Международной конференции Географической сети, опытов с удобрениями н другими агрохимическими средствами. (Москва, 1996), 5-ой I тучно -практической ' конферешзш Международной ассоциации "Агроэколас" (Москва,- 1997), Всероссийском координационном совещании учреждений Географической сели опытов с удобрениями и другими агрохимическими средствами (Москва, 1998), научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов Ульяновского СХИ" (Ульяновск, 1986,- 1988, 1992), научно-практической конференции НИИ Юго-Востока (Саратов, 1990), 43-Й, 44-й научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников ii аспирантов (Самара (Кинель), 1996, 1997), региональной научно-практической конференции «Качество -продукции растениеводства» (Уфа, 1997), региональной научно-

практической конференции / - «Проблемы - эколопщ Ульяновской области» (Ульяновск, 1997).

Публикации. По материалам диссертации опубликована 41 работа, в том -числе монография «Плодородие почвы и эффективность удобрений: -в Поволжье» (Москва, изд-во Московского университета, 1998). ■

1 Объем диссертации Диссертационная работа {пложена иа 360 страницах компьютерного текста, состоит та введения, ,9 глав, выводов и предложений. производству, содержит 91 таблицу, 25 рисунков, 24 приложениям Список литературы включает 513 источников отечественных и зарубежных авторов.

Работа является результатом многолегиих исследований, пр о в о лившихся лично-автором в течшие 15 лет. Автор выражает . глубокую признательность академику РАСХН, доктору с.-х. наук, профессору-МИНЕЕВУ В.Г., доктору биол. наук ШЕВЦОВОЙ JI.K., кандидатам с.-х. наук ШАГАЕВУ ВЛ., НАУМЕТОВУ Р.В., старшему научному сотруднику МИХАЙЛИНОЙ Н.В., заведующей лабораторией массовых анализов НЕМЦЕВОЙ Л.И. и техникам КАРАВАШКИНОЙ Т.М., КИЛЬЯНОВОЙ P.C. за многолетнее плодотворное сотрудничество и постоянную помощь-в проведении исследований. t

2; СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЬ!

2,1 Объекты, методы и условия проведегшя исследований. -

Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим планом HIIP Ульяновской ГСХОС (ныне Ульяновский НИИСХ) в качестве раздела по проблемам: 1.03. «Разработан» и внедрять новые высокоэ<]к|)ектнвн ые системы применения удобрений в севооборотах, ~ обеспечивающие повьппеше плодородия почвы и продуктивности сельскохозяйственных . культур»; 1,05. «Разработать методы управления- продукционным процессом в севообороте путем использования удобрений и других средств химизации в системе агроэкологнческого мониторинга», прп решении заданий: 1.03.01. «Определить уровни оптимального насыщения разных севооборотов органическим веществом для - создания бездефицитного баланса - гумуса в почве (номер гос.рсгнстращш 0.042.887); 1.05.01. «Разработать систему комплексного применения удобрений- и средств защиты растений в севообороте, обеспечивающую оптимальный экологически безопасный баланс

питательных веществ, высокую урожайность - и . качество;, продукции". ' Ч-* ■ . - ■ ,

- Основными методами исследований служил полевой опыт с возделыванием районированных - сортов основных сельскохозяйственных культур региона! Всего; было проведено четыре стационарных опыта разной продолжительности, каждый -из которых в натуре имел по три поля, введенных последовательно. Схемы опытов включали разное число вариантов в зависимости от их цели. Повторность трех-четырехкратная; Отдельные вопросы влияния обработки на плодородие почвы и оценки сидеральных удобрений были изучены в краткосрочных полевых опытах. -

■ Исследования выполнены.на характерных для лесостепи Поволжья черноземах. Почва опытного участка была представлена черноземом среднемощным . слабовыщелоченнъш тяжелосуглинистым " со следующими агрохимическими - показателями:, содержание 'гумуса 6,86-8,12%, общего азота — 0,312, фосфора валового -0,15%. рН (сол.) - 6,2-6,8, гидролитическая кислотность 1,89-2,06 мг-эквЛОО г, сумма поглощенных^ оснований - 56мг-эквУ100 г почвы. Обеспеченность подвижными РгОх и ЮО (по Чирккову) 170-221 и 76-91 мг/кг почвы.Общая порозность пахотного слоя 61%, полевая влагоемкоегь :24,4%, влажность устойчивого завядания 15,3%, '

Изучение продуктивности агрозкоснстем, влияния разных систем удобрений на плодородие черноземов проводилось на базе экспериментальных севооборотов разной степени интенсивности:

1. Зернопаропропашного - пар (чистый) - озимая рожь -' кукуруза - яровая пшеница - горох - озимая рожь -' яровая пшеница — ячмень (75% насыщенность зерновыми). ' ■

2. Зернопропашного - вика+овес. - озимая рожь -кукуруза - яровая пшеница - горох - озимая рожь -яровая пшеница ячмень (75% насыщенности зерновыми).

* 3. Зернотравянопропашного- - кукуруза — яровая пшеница - ячмень+ыноголетние травы - многолетние травы 1 г.п. - многолетние травы 2 г.п. - просо -вика+овес - озимая рожь (50% насыщенность • зерновыми).

Возделывание культур в опытах осуществлялось на фоне навоза, внесенного под первые культуры севооборотов в дозах 0, 25, 75, 100, 125 или в среднем за год: 0, 3, 6, 9, 12, .15 т/га, в сочетании с умеренными (№Р1К|) н .повышенными (МРгКг) дозами минеральных удобрений.

■»■' Изучение систем комплексного ■ применения удобрснийп средств зашиты растений , проводилось вфакториальиом опыте, состоящем из 16 вариантов, представляющих 1/4 полного факторнального опыта (4x4x4). ■

Организация полевых. опытов,- проведение наблюдений, лабораторных анализов осуществлялись по методическим указаниям. ВАСХНИЛ и ВИУА по проведению исследований в длительных опытах с удобрениями (1975, 1976, 1981, 1983, 1985, 1986, 1990, 1991,1992).. , -

Биоэнер1-етическая эф{|>екзт1внос1ь севооборотов и систем удобрений определялась по совокупным затратам эиергоресурсов на возделывание культур, внесение удобрений и средств защиты растений в равнении с накоплением потенциальной энергии в урожае основной и побочной продукции (Методика оценки эффективности систем земледелия на биоэнергетической основе, 1989). ...

Экономическую оценку севооборотов; и систем применения удобрений, а также средств защиты растений проводили по системе натуральных и стоимостных показателей с использованием нормативов и расценок в сопоставимых ценах 1983 года. *

- Агрозкологнческие и почв стаю-климатические условия лесостепной зоны .Поволжья характеризуются своими особенностями. Почвенный покров представлен различными подтипами черноземов и серых лссиых почв. Имеются в ~ небольшом количестве также дериово-подзолистые и другие типы почв. Среди подтипов черноземов преобладают выщелоченные со средне- и тяжеяосугяштстым 1раиуломсгрпческим составом, которые характеризуются благоприятными агрофизическими и шдр©термическими свойствами, высоким уровнем эффективного ■ плодородия.

Характерной особенностью климата в зоне проведения опытов являются значительные колебания температуры и относительной влажности воздуха, неравномерное распределение осадков в течение вегетационного периода и особенно по годам. Зона исследований входит в регион неустойчивого увлажнения, где повторяемость сухих, засушливых и полузасушливых - лет составляет около 35%. '

Метеорологические условия в годы проведения исследований были различными, но характерными для зоны. За 15

лет.наблюдений влагообеспеченность возделываемых культур за счет осадков: в течение четырех лет (1983, 1988, 1991,1994 гг.) была в пределах нормы (на уровне среднемноголетних); пять лет (1984,. 1986, 1992, 1995, 1996 гг.) по количеству осадков были ниже средних мпоглетнихна 19,9-28,4%, шесть пет (1982, 1985,1987, 1989, 1990, 1993 гг.) характеризовались обилием осадков. Превышение нормы по количеству осадков за эти годы составило 10,6-37,0%.

3. СОСТОЯНИЕ И ДИНАМИКА ИЗМЕНЕНИЯ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ И ПУТИ ЕГО ВОСПРОИЗВОДСТВА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ИНТЕНСИВНОСТИ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

3,1 Влияние севооборотов на плодородие черноземов и : состояние органического вещества почвы.

Порядок чередования культур в севообороте строится обычно с учетом их биологических особенностей. Усиление положительной роли-: плодосмена в севообороте - это способ регулирования режима,органического вещества в почва Многие исследователи рассматривают севооборот . как агрозкосистему, обладающую признаками естественных ценозов, частично утратившую такие пртгаки, как замкнутость, устойчивость и саморегулирование. Поэтому правильным чередованием культур в , севообороте, структурой посевных площадей можно целенаправленно регулировать процессы воспроизводсгва гумуса.

' Исследования показывают, ^о по биологическим особенностям - сельскохозяйственные культуры, а, следовательно, и севообороты по разному влияют на гумусное состояние почв. Для оценки действия поступаюншх в почву раептгельнмх остатков на режим органического вещества необходимо иметь нормативы. Результаты исследований показали, что в зер но пар о пр опа шн ом ( зернопаровом и зериопропашном севооборотах ; за^ счет растительных остатков обеспечивается возмещение потерь тумуса соответственно на 39.7, 49.3 и 59%. -

Для поддержания бездефицитного баланса , гумуса в зерпопаропропапшом севообороте при соответствующей продуктивности требустся дополнительно вносить в среднем за год_ 5.0 т/га навоза. Исключение пропашной культуры, то есть в зернопаровом севообороте потребность в навозе снижается до 3.9 т/га или на 26%. При отказе от чистого пара, то есть в зерно пропашном севообороте бездефицитный баланс гумуса

достигается внесением ежегодно 2,6 т/га навоза, что на 48% ниже, чем для зерно пар опропашного севооборота..,

В зерновом севообороте проблема бездефицитного баланса гумуса решается внесением навоза из расчета ! ,0 т/га навоза в год, а в севообороте с многолетними травзми баланс гумуса, близок к бездефицитному за счет оставляемых ими растительных остатков.. Следует - отметить, что в условиях Среднего' - Поволжья, сопоставление данных непосредственно прямых определений содержания гумуса в черноземах выщелоченных и расчетным методом выявило близкую их сходимость.,.

3.2. Ресурсосберегсиоище системы обработки почвы и плодородие черноземов

В системе мероприятий повышения плодородия почв важное место занимает обработка почвы. Применяемая в. условиях Поволжья в большинстве случаев классическая отвальная обработка почвы, играет положительную роль в создании мощного о культур енного горизонта с хорошими агрофизическими свойствами. Вместе с тем, главный недостаток ее на черноземах заключается в создании избыточной рыхлости поверхностного слоя, усилении минерализации' гумуса и увеличении эрозионных процессов и дегумификашни. Альтернативной в этом плане становится безотвальная обработка, почвы, которая сводит до минимума все недостатки отважной обработки, но постоянное использование ее, как показывает опыт, приводит к значительному увеличению засоренности и дифференциации плодородия пахотного слоя.

Результаты сравнительного изучения плоскорсзиой и отвальной систем обработки почвы на плодородие выщелоченных черноземов показали, что разница между содержанием гумуса в пахотном слое за ротапию севооборота оказалась весьма существенной: за десять лет при отвальной обработке содержание его снизилось с 6.36 до 6.02% или на 0.34%. Его потери в пахотном гор тоете при этом составили 11.2 т/га.

Сравнительное изучение двух технологий обработки почвы -отвальной и минимальной. - показало, что при последней уменьшается расход горючего па единицу площади в два раза (с 16 до 8 кг/га), затрат труда - на 32% при сохранении урожа|шосги на . уровне контроля. Кроме того, поверхностная, и отвальная обработки почвы сопровождаются не только улучшением экономических показателей, но и изменением пищевого режима. При систематической минимальной обработке в севообороте

отмечается дифференциация 1 пахотного слоя почвы: по' органическому веществу, содержанию усвояемого фосфора- и обменного калия, возрастает объемная масса и плотность почвы до 1.3 г/см* , из-за низкой доступности воздуха : ухудшается' биологическая активность почвы; Все эти недостатки минимальной обработки проявляются в зоне Поволжья при экстремальных климатических условиях и приводят к недобору урожая» Учитывая все эти преимущества и недостатки ■ отвальной,- плоскорезной и минимальной обработок, нами рекомендовано проводить ' в севообороте комбинированные обработки, состоящие из двух-трех отвальных обработок в чередовании с плоскорезной и поверхностной. Это положительно влияет на плодородие почвы, продуктивность атроэкоснстем и более полную адаптацию комбинированной обработки к конкретным почвеино-климатпческим условиям в соответствии с биологическими требованиями культур.

3.3. Влияние различных систем удобрений на физико-химические свойства почвы

Результаты наших исследований показывают, что возделывание сельскохозяйственных культур как без применения удобрений, так и при их внесении приводит к изменениям фнзико-химических свойств почвы. За восемь лег использования пашни без применения удобрений повысилась гидролшическая кислотность: в зернопаропропашпом севообороте с 0.98 до 1.87 мг-экв. на 100 г, зернопропашном соответственно с 1.24 до 1.91 \ и зернотравянопропашном с 1.31 до 2.41 мг-экв. на 100 г почвы. Кроме того, на контрольных париантах севооборотов просматривается снижение суммы поглощенных оснований, а величина рН(сол) остается без изменений. Использование навоза в качестве органических удобрении способствует обогащению почвы кальцием и другими основаниями. Наиболее заметно это в севооборотах с чистым и занятым паром. При применении минеральных удобрений, особенно в повышенных дозах, появляется тенденция к ухудшению физико-химических свойств почвы. Совместное применение оргапических и минеральных удобрений снимает эти негативные явления. Положительное действие навоза в системе удобрений как- улучшателя физико-химических свойств почвы проявляется даже на плодородных высокобуферных черноземах Поволжья.

- 3.4. Изменение агрофизических параметров плодородия ' при разных системах применения удобрений

Наиболее - существенными показателями агрофизических свойств почвы являются плотность сложения, пористость, количество агрономически ценных агрегатов и их водопрочиость. Как показывают исследования,, одним из основных средств регулирования агрофизических свойств является обработка почвы, использование которой может обеспечить оптимальное строение пахотного горизонта. Другими,, не менее важными факторами регулирования агрофизических свойств почвы, являются системы удобрения.. По данным В.В.Медведева (1980,1988), на среянесуглинисгом типичном черноземе при внесении в .течение 15 лет 80 т/га навоза отмечено улучшение плотности сложения н обшей пористостиВ наших опытах за ротацию восьмнпольных севооборотов разовое применение разных доз навоза и ежегодное применение минеральных удобрений не привели к "существенным изменениям основных показателей агрофизических свойств выщелоченных черноземов. По мнению В.В. Медведев а (1988), Н.И.Зсзюкова (1989), основным требованием улучшения физических свойств почвы является оптимизация их гумусного состояния. Как было сказано выше, более благоприятный режим органического вещества обеспечивают внедрение, зерновых и зернотравяных севооборотов, а также комбинированной обработки почвы-

3*5. Влияние систем удобрений на содержание гумуса и пищевой режим почвы

Значительное сокращение запасов гумуса в зоне.Поволжья определяет задачу обеспечения его воспроизводства, которая становится главной в системе мер по управлению почвенным плодородием. . Результаты анализов почвенных образцов, отобранных перед закладкой и после .завершения ротации восьмнпольных севооборотов, убедительно показали, что за восемь лет возделывания без применения удобрений отмечена тенденция к ' снижению содержания гумуса. Наиболее, значимые показатели снижения содержания гумуса отмечены в севооборотах с чистым и занятым паром (0.52 н 0.49%), а в севообороте с многолетними травами снижение составило 0.12%. Применение 50 т/га навоза способствует' стабилизации и некоторому росту содержания гумуса в почве. При. увеличении дозы до ЮО т/га положительное действие

навоза на гумус проявилось в большей степени;-Особенно это заметно в севообороте с многолетними травами, где прирост составляет 0.46%.

Применение умеренных доз минеральных удобрений не обеспечивает стабилизацию содержания гумуса в почве, а использование их в повышенных дозах способствует сохранению его на исходном уровне. При совместном применении органических и минеральных удобрений просматривается его расширенное воспроизводство.

Исследованиями выявлено, что наибольший дефицит гумуса складывается в зернопаропропашном севообороте,- замена в севообороте чистого пара на занятый несколько снижает, но не снимает проблему дефицита гумуса. Проблема сохранят» и г расширенного воспроизводства гумуса может быть решена внесением в среднем за год 6-9 т/га навоза и умеренных * доз минеральных удобрений (97-100 кг/гад.в, NPK) в севооборотах с чистым и занятым паром и 3 т/га в сочетании с умеренными дозами (107 кг/га дз. NPK)-b севообороте с многолетними трав а ми. .

Анализ результатов исследований показывает, чго достичь бездефицитного баланса гумуса за счет растительных остатков можно в зернотравянопропашном севообороте,, дополнив их применением менее энергоемких . источников органических удобрешШ (соломы, ендератов и т.д.).;

Дзртны$ реж!гм. Результаты исследований показывают, чго возделывание культур без применения удобрений сннжасг содержание легкогидролизуемого' азота в зернопаропропашном севообороте на 0.15, зернопропашном - на 0.12 и зерпотравянопропашном - на 0.07 мг/100 г почвы. Применение навоза способсгвусг повышению его содержания, а умеренные и повышенные дозы минеральных удобрений слабо влияютна содержание на лепсогнлролнзуемого азота.

Изучение динамики азотного режима почвы в севооборотах позволяет заключить, что уровень обсспеченпосш мшгеральньш азотом зависит от систем применяемых удобрений и погодных условий. Наиболее, благоприятный режим азотного ' питания ■ складывается при применении минерального азота в составе NPK, на фоне навоза. Ддя получения максимальной продуктивности сельскохозяйственных культур необходимо к моменту появления всходов достичь уровня обеспеченности' нитратным азотом: озимой ржи по чистому пару - 80-100, занятому пару - 60*70, гороху - 50-90, кукурузе- 90-110, яровой пшенице (после кукурузы) - 110130, гороху - 80-110,'яровой пшенице (после озимых) - 50-70, ячменю - 30-50 мг/кг почвы. Этот уровень может быть достигнут

внесением в среднем под культуры 35-40 кг/га минерального азота на фоне 50-75 т/га навоза. . •■ •■..

- Фосфорный режим. Опенивая действие разных систем удобрений; следует отметить, что наилучший фосфорный режим складывается при органо-минеральных. системах удобрении с внесением умеренных доз фосфора (25-32 кг/га д.в.) в составе МРК-иа- фоне навоза. За годы проведения исследований уровень . содержания подвижного фосфора не являлся ограничивающим фактором продуктивности. Однако на лучших по урожайности вариантах содержание РгОз в почве было следующим: на озимой ржи по чистому пару - 190-200, занятому пару - 200-230, на кукурузе и яровой пшенице* 200-240, на горохе - 250-270, на ячмене - 220-230 . и вико-овсяной смеси - 230-250 мгЛсгпочвы-

■ Калийный режим. В наших опытах: содержание подвижной формы калия под действием различных систем удобрений изменяется незначительно. Повышенно его отмечалось лишь в первых звеньях севооборотов на вариантах с внесением навоза, а к концу ротации севооборотов, несмотря: даже; на* его внесение в составе полного удобрения, отмечено снижение до исходного уровня, а по отдельным вариантам лаже несколько ниже этого показателя. Величина оптимального содержания калия & почве зависит от гранулометрического состава и ее буфсрносш, набора культур и продуктивности-севооборота. Применение органо— минеральной системы-, удобрений способствует некоторому повышению содержания обменного калия, которое в течение двух-трех лет балаиафуется за счет увеличения общего выноса калия с урожаем. Эти обстоятельства позволяют предположить, что оптимальным содержанием для тяжелосуглинистых слабовыщелоченньге черноземов является повышенный уровень обеспеченностиК:0,равный8.1-12,0мг/100г. -

З.б. Закономерности накопления биогенных элементов

в агрожосистемах и биологическая активность почвы .

Плодородие почвы определяет ■ интенсивность и направленностью биологических процессов и зависит от трансформации- поступающего в почву разного количества и качества органического вещества в виде удобрений и растительных остатков в севооборотах. В связи с этим.очень важна оценка суммарного - поступления растительных ■ остатков в почву, поскольку они определяют функционирование почвенной биоты и воспроизводство гумуса. г .

Наши исследования показали, что, количество и качество растительных остатков зависит от биологии культуры, погодных условий, предшественников и удобрений.. Из возделываемых культур в севооборотах наибольшее количество. растительных остатков остается' после, многолепшх. трав- и кукурузы, затем следуют озимая рожь-итоднолетннс травы, сравнительно мало остается после яровых, зерновых и гороха. Контрастность наблюдается и в качественных показателях растительных остатков. Наиболее богаты азотом растительные остатки . гороха, многолетних н однолетних трав, озимой ржи по чистому пару. Знач1гтелыю уступают по этому показателю растительные остатки ячменя, озимой ржи.по занятому пару, яровой пшеницы, проса и кукурузы. Количественный и качественный состав пожинвпо-корневых остатков зависит от условий года. В острозасушливыс годы в общей массе преобладают корневые остатки, которые характеризуются высоким содержанием азота, во- влажные -\ пожнивные остатки. -

В наших опытах размеры. среднегодового поступления , растительных остатков в слое 0-30 см в севообороте с чистым паром по вариантам составляют: без удобрешгй - 16.6 ц/га абсолютно сухой массы,, при внесении, умеренных и повышенных доз минеральных удобрений па фоне 50 и 100 т/га навоза соответственно до 19.9 и 20.9 ц/га, В севообороте с занятым паром благодаря парозанимающей культуре среднегодовое поступление растительных остатков возрастает до 21.1 ц/га абсолютно сухой массы. Под действием удобрений их количество увеличивается до 26-27 цЛга. В зернотравянопропашном севообороте было отмечено наибольшее поступление растительных остатков - 40.1 ц/га, что в 2.4 раза больше, чем в севообороте с чистым и 1.9 раза - с занятым паром. Причем в биомассе растительных остатков на дошо корней приходится 68.4% против 40.8% в севообороте с чистым и 35.4% - с занятым паром. Под действием удобрений увеличивается не только количество растительных остатков, но и поступление биогенных элементов, что послужило в определенной степени причиной акпшшащщ деятельности почвенной бноты.

Микробиологические исследования, проведенные - в севооборотах, показывают, что внесение, навоза и минеральных, удобрений существенно повышают биогснность почвы. Об этом свидетельствуют дадаые о повышении концентрации углекислого , газа в почвенном воздухе на 0.8-2.8 мг/л в севообороте с чистым и па 3,1-3.2 мг/л -. с .занятым паром, а также увсличеши интенсивности разложения клетчатки в 1.4-2.5 раза в севообороте с чистым, 1.2-1.6 раза - с занятым паром и 1.1-1.4 раза в севообороте

с многолетними травами. Кроме того, сисггематнческое применение минеральных удобрений: на фоне навоза сопровождается повышением шпрификационной способности." При ссмисуточном компостировании продуцирование нитратов возрастает в севообороте с чистым паром в 2.6*2.7 раза, с занятым паром в 2.32.5 раза. ' - . *

: - Таким образом, улучшение ' плодородия почв следует регулировать с использованием всех средств систем-земледелия в рационально организованных агр оландшафтах. Современные системы земледелия должны быть построены таким образом, чтобы воспроизводство гумуса не требовало больших затрат, а явилось следствием мероприятии, направленных на повышение продуктивности пашни; заниггу почв от эрозии и полную утилизацию отходов животноводства.

4; ВЛИЯНИЕ СИСТЕМ УДОБРЕНИЙ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ АГРОЭКОСИСГЕМ •

. "4,1. Погодные условия и урожайность культур

В условиях умеренно-континентального климата Поволжья одним - из определяющих факторов роста и развития растений является влага, поэтому эффективность удобрений в значительной степени зависит, огг влагообеспечепности посевов в течетie вегетационного периода. Более стабильны в этом плане озимые кузьтлш, возделываемые по чистым парам.

Озимая рожь по чистому пару. Различие, погодных условий оказывает определенное влияние на: урожайность озимой ■ ржи, возделываемой даже по чистым парам. Так, наиболее высокая урожайность зерна на варианте без удобрений (47.3 ц/га) получена в 1983 году, который характеризовался обилием осадков за период вегетации (291 мм при норме 191 мм) и высоким температурным режимом (среднегодовая температура оказалась ira 1.9е выше нормы). В благоприятном 1985 году, при достаточном количестве осадков (222 мм) и тепла, урожайность составила 37.1 ц/га, а в-засушливом 1984 году при ГТК=0.7 : - 34.1 и/га. Вариация урожайности озимой ржи в зависимости от погодных условий составила 27.5-38.7%. В то же время применение навоза в дозе 50 т/га в засушливом'11984 году способствовало повышешпо урожайности до 42.2 ц/ra, что на 27.3% выше контроля, а в 1985 действие этой дозы оказалось несколько ниже:. урожайность составила 43,4 ц/га пли на 17% выше контроля.

Действие. различных . доз. органических п минеральных удобрений и.количества осадков на. урожайность озимой.ржи выражается линейным уравнением множественной регрессии У -25.70-0.0058 (ИРК) - 0.033 (навоз) + 0.0714 (осадки); Я=0.68.

Озимая рожь по занятому пару. Более существенное влияние погодные условия проявляется на озимой ржи по занятому пару. В благоприятный по количеству осадков-и температуре 1983 год урожайность ржи на варианте без удобрений составила 50.8 1 т/га. В острозасушливом 1984 году всего 25.3 ц/га или в 2 раза меньше, чем в благоприятном. При внесении N120 РтоКзо урожайность увешгчилась и составила соответственно 52.6 и 32.8 ц/га, что на 3.5 : и 29.6% выше контроля. Эти данные свидетельствуют о большой роли удобрений в повышении урожайности в годы с засушливым вегетационным периодом. Внесение их почти всегда гарантирует, получение планируемого урожая.

Линейное уравнение множествашой регрессии: У — 2.018 + 0.0155 (МРК.) + 0.0075 (навоз) + 0.1557 (осадки); 11=0.86 показывает, что практически все изучаемые факторы в сильной степени оказывают воздействие на урожай озимой ржи по занятому пару. Наиболее значимой из этого ряда факторов является влагообеспеченность посевов.

.Из применяемых удобрений па озимой ржи более высокий эффект обеспечивают азотные. Урожайность от их црименеши в дозе 120 кг/га д.в. возрастает до 43.1 ц/га при 35.5 ц/га на контроле. Окупаемость 1 кг азотных туков в среднем за три года достигает <5.3 кг/кг зерна. Урожайность этой культуры увеличивается при совместном применении азота с фосфором и калием до 46.5 и 46.7 ц/га, в тройной комбинации, азота, фосфора и калия уровень урожайности составляет 45.4 ц/га.

Хорошие результаты на озимой ржи обеспечивает совместное применение удобрений и средств защиты растений. От взаимодействия этих двух факторов, урожайность возросла>до 49.4-51.4 ц/га, а окупаемость азота достигла 9.0 кг/кг. Максимальная урожайность 52.4 ц/га зерна обеспечена при внссешщ МпоРбоКбо, при окупаемости 4.6 кг/кг.

- Проведенный , корреляционно-регрессионный анализ, представленный в виде уравнения множественной регрессии: У 36.55 -l-7.29NW~J.60N + 0.92Р + 2.22К«- 2.18 (РК)« + 3.57П + 1.87 (РП)05; 1^0.95 вполне подтверждает высокую эффективность азотных удобрений.

Кукуруза - культура интенсивного типа и урожайность се зависит, как показали . исследования, от потенциальных возможностей гибрида. Возделывание гибрида Днепровский 247

МВв 1982-1986 гг. позволило получить зеленой массы на уровне 430-530 и/га. Применение навоза и минеральных удобрений повысило урожайность до 515-670 ц/га зеленой массы. Характер действия. удобрений в севооборотах: был примерио одинаков. Однако при непосредственном внесении: навоза под кукурузу эффект был более значительным. На. лучших вариантах (75 т/га + ЫпоРвоК»)) урожайность составила-687.6-и/га, что на 28% выше контроля.

, В 'первый , п второй годы последействие навоза в севооборотах с чистым и занятым паром было примерно одинаковым. Урожайность на лучших вариантах составила. 515.6 и 536.7 ц/га, что выше контроля на 83 и 71 ц/га или на) 9.2. н 15,2%. Преимущество • органо-минеральиой системы удобрений проявлялось во всех севооборотах.

. По результатам опытов были составлены. ■ линеПше. уравнения множественной регрессии: ->, . •■.■■'.

. У1 = 654.65 + 0.3097 (ЫРК) +- 0.5286 (навоз) - 0.44884 (осадки); К=0.84 . /

. Уг = 339.86 - 0.0109 (ЫРК) + 0.304 (навоз) + 0.729 (осадки); И=0Л9 ' . : .г-

Уз = -9.99 + 0.022. (ИРК) + 0.238 (навоз) + 2.641 (осадки); Я=0.66, ■

которые показывают,в первом случае сильную зависимость между продуктивностью этой культуры и внесением навоза; Во втором и третьем случаях выявлена существенная зависимость урожайности от количества осадков н последействия навоза. Минеральные удобрения оказывали меньшее влияние на рост урожайности, чем навоз. •

Изучение в условиях лссо статной зоны Поволжья раннеспелого гибрида Молдавский-195, показало невысокую урожайность этой культуры. В среднем за 1991-1993 годы на контрольном варианте она составила 256.9 ц/га. Использование интегрированной и интенсивной защиты повышало соответственно уровень; урожайности до 263.9 - и 281.2 ц/га или на 2.7 н 9.4%. Действие удобрений было более высоким. Исследованиями выявлено преимущество ■ прнмене1п1я азотных и калийных удобрений как отдельно, так н при их сочетал ши. Уравнение регрссши-У=269.93 -+ 13.45Ы« + 22.41 К05 - 9-60 (РК)05; 11=0.64 подтверждает среднюю зависимость урожайности этой культуры от азотных и калийных' удобрений. Лучите показатели, по урожайности. (335.2 ц/га) были достигнуты при : применении под кукурузу ИтРюКт, где прирост продуктивности составил 78,4 ц/га или 30.5%. Достаточно. высокая эффективность азотно-

калийных удобрений объяснялся особенностями биологин этой культуры.

■Яровая ршепшга. Решающим фактором, определяющим уровень урожайности яровой пшеницы в зоне недостаточного увлажнения, наряду с плодородием почвы, являются, погодные условия вегетационного периода. Так, на варианте без удобрений ' ее урожайность изменяется по годам: в севообороте с чистым паром с 16.2 до 32.2 ц/га, с занятым паром с 18.1 до 40.6 ц/га и с многолетними травами с 21.8 до 31.1 ц/га. Применение минеральных туков на фоне последействия доз навоза повышает продуктивность яровой пшеницы. Так, при внесении под пшеницу умеренного (ЫзоРзаКзо) ' и повышенного (ИбоРбоКбо) фона минеральных удобрении се урожай повышается соответственно: в севообороте с многолетними травами па 6.4 и 6.9 ц/га, с чистым паром на 10.3-11.1 п/га, с занятым паром на 5.5-10.7 ц/га. Последействие навоза проявляется только на вариантах с внесением высоких доз (100-125 т/га), где прибавка составляет в севообороте с чистым паром 4.0-4.1 ц/га, с занятым паром 2.6-3.9 ц/га. В этих севооборотах лучшими, по урожайности были варианты с применением умеренных доз минеральных удобрений (1ЧюРюКзо) па фойе последействия 125 т/га навоза, где прибавки составляют 12.5 и 12.0 ц/га, что на 46.8 и 39.6% выше вариантов без удобрений. ■ Последействие навоза повышает урожайность яровой пшеницы при умеренных дозах внесения минеральных туков, а при использовании их в повышенных дозах действие навоза на величину урожая прекращается, прирост* в этом случае обеспечивается в основном за счет туков.

Построение математической модели количественной зависимости уровня урожая яровой пшеницы от действия удобрений и количества осадков за период всгстэдрщ по . шестилетним (1985-1990 гг.) экспериментальным данным в севооборотах с чистым и занятым паром, приведенным в виде . уравнении:

У| = 16.97 + 0.0396 (ЫРК) + 0.0103 (навоз) + 0.0421 (осадки); Я=0.37 . •

~ Уг = 15.19 + 0.0256 (ЫРК) + 0.0230 (навоз) + 0.0550 (осадки); И=0.32 . . .*.■■■

показывает, что определяющим фактором являются.' обеспеченность влагой, выпадаем ой в виде осадков, и минеральные удобрения. • ' .'■<■■

Экспериментальными данными, полученными в факториальном опыте (1992-1994 гг.), установлено, что влияние на повышение урожайности этой культуры оказывает азот, а также

проведение интенсивных защитных мер от сорняков, вредителей и болезней; Применение азотных удобрении в дозе 90-кг/га д.в. повышает урожайность яровой пшеницы до 35,7 ц/га, что на 8.2 ц/га или на.29.8% выше варианта без удобрений. Использование интегрированной и интенсивной защиты способствует повышению эффективности азотных удобрений. Прибавка от них достигает при этом 9,7 и 12.4 ц/га или 30;7 и 35.!%. Окупаемость азотных туков, возрастаете 9.1 до 13.8 кг/кгзерна.

Раздельное внесение фосфорных,' калийных и ■ фосфорно-калийных удобрений существенно не влияет на повышение продуктивности яровой пшенияы. В то же время в сочетании с азотом, как правило, были эффективны как фосфорные, так и калийные удобрения. Лучшим по урожайности в этом опыте был вариант с применением МшРзоК-ш , где урожайность по фонам-составляет 43.7, 48.2. И 48.3 , ц/га, а прибавки от удобрений достигают соотвстсгвишо 16.2, 16.6 и 13.0 ц/га.

Оценивая связь урожайности яровой пшеницы с элементами минерального питания и проведением .защитных мероприятий* следует отметать, что напболее значимыми ддя нее являются азотные удобрения и интенсивное применение средств защиты растений. Это подтверждается математической моделью, представленной в виде уравнения, регрессии: У=26.9 + 5.85 №* + 1.19 Р«.+ 2.8 .1.3 (ЫК)" + 5.72 П; К=0.98. Роль минеральных туков в увеличении урожайности яровой пшенипы достаточно велика не только во влажные и нормальные, но и в сухие годы. ;

в условиях зоны имеет очень короткий период вегетации, поэтому предья&ляет повышенные требовашгя к уровню гпгганш. В связи с этим решающим фактором, определяющим величину его урожайности, наряду с погодными условиями, является эффективное плодородие почв. Так,, на варианте без удобрений. -урожайность изменяется . по -годам: в зермотравяпопропашном - с 21.6 до 35.0; зернопаропропашном - с 16.7 до 36.9; зернопропашном - с 23.2 до 40.6 цЛга.

• Ячмень очень отзывчив на применение органических и минеральных удобрений, а также на их последействие. По отзывчивости : на удобрения он приравнивается к озимым культурам. Так, во второй год последействия 25-125 т/га навоза обеспечивает уровень урожаиностн от 31.9 до 39.0 ц/га, что на 12.737.8% выше , контроля. Применение минеральных удобрений в умеренных (НзоРмКэд) и повьппенных (Ы«Р|«>Кт) дозах повышает урожайность на 40,2 и 51.2%. Наилучший показатель урожайности 44.1 ц/га (при 28.3 ц/га на контроле) достигается на варианте с внесением ИэоРжКзо иа фоне последействия 125 т/га навоза.

Превышение в этом случае досгагает 1.6 раза. Действие фактора , погоды значительно выше, чем удобретй. Это видно и.из уравнения мпожествешюй регрессии; У = 7.75 + 0.0192 (ЫРК) +. 0.0396 (навоз) + 0.1357 (осащси); К=0.75. Использование ячменя как замыкающей культуры в эернопаропропашном и зернопропашном севооборотах показывает, что последействие удобретй отражается' только на вариантах с применением оргапо-мннеральиоп системы удобрений. Превышение над контролем в зависимости от дозы их использования варьирует в пределах 16.131.4%.

Среди элементов минерального питания наибольшее воздействие на урожайность этой культуры оказывает азот. Использование его в дозе 60 кг/га д.в. повышает урожайность на 15.0-17.9 ц/га или на 72.1-90.8%. Примените раздельно фосфорных и калийных удобрений малоэффективно. В то асе время сочетание их с азотными в составе полного удобрения \NsoPioK-fo- дает максимальный урожай этой культуры, который по фонам с разной интенсивностью защиты составляет 44.0, 45,7, 46.6 ц/га, что в 2.1, 2.3, 1.7 раза выше контроля.

Высокая эффективность удобрений иа этой культуре в условиях зоны приравнивается к действию основного фактора; лимитирующего уровень урожайности, - обеспеченность влагой. Для подтверждения наших доводов на основе математической модели квадратичного уравнения установили количественные зависимости урожая от видов и доз удобрений: У = 21.01 + 10.7б№5 + 14.5 (МР)05 + 1.38 (КП)05; 11=0.99. Оценена связь урожайности с погодными условиями. Зависимость урожайности от вышеперечисленных факторов сильная,

4.2. Продуктивность севооборотов и накопление биогенных элементов плодородия при применении разных систем удобрений

Известна многофункциональная роль севооборота на агроэкосистему. Результаты исследований, проведенные п трех типичных восьмиполышх севооборотах показали, что предшественники и удобрения оказывают неоднозначное влияние на формирование урожайности культур в севообороте и изменение плодородия почвы. Данными многолетних опытов установлено, '.

N0 Р0 КО

Н«вО)

50 1 74' 100 .1«

23 . .50 .75 10» 115

25 . $0 75 100 «5

ГСТ"! с чистым паром в среднем за год ЕЕЗГЗе многолетними травами в среднем за год ——- Полиномиальный (с занятый паром в среднем за год)

1 Г, ;:,'".Ц с занятым паром в среднем за год

— — — Полиномиальный (с чистые паром а среднем за год)

•'•'•• Полиномиальный [с многолетними травами е среднем 'за год)

Рис. 1. Среднегодовая продуктивность севооборотов при разных уровнях удобренности, ц/га з.е

Эернопаролропашной ' Зериопрспашной

Зернотравянои

(О М

0]/ Общая фитомасеа. ц/га Продукция (юбочная, ц/га Продукция основная, ц/га Растительные остатки, ц/га

□ Растительные остатки, ц/га □ Продукция основная, ц/га □ Продукция побочная, ц/га □ Общая фитомассз, ц/га;

Рис. 2. Среднегодовая биопродуктивность севооборотов

' я

' 5 36 '

Р

что по уровню продуктивностн культуры в севооборотах располагаются в следующем убывающем порядке:

1. Зернопаропропашной: кукуруза - озимая рожь - ячмень -яровая пшеница-горох.

2. Зернопропащной: кукуруза - вика+овес - озимая рожь -ячмень - яровая пшеница - горох.

3. Зернотравянопропашной - кукуруза - озимая рожь -ячмень - яровая пшеница - просо - многолетние травы - внка+овес.

■ Оценка среднегодовой продуктивно сто севооборотов, представленная на рис.1, показывает, что наиболее продуктивным является севооборот с занятым паром, где получено в среднем за год 37.7 ц/га з.е.( а в севообороте с чистым паром - 30.7 ц/га з.е. Севооборот с многолетними травами по продуктивности занимает третью позицию - 29.1 ц^а з.е.

Применение навоза в дозах 25,50, 75, 100, 125 т/га повышает продуктивность севооборотов: с чистым паром на 10.3-15.0%, с занятым паром - на 4.8-14.0%, с многолетними травами - на 2.913.2%. Внесение умеренных доз минеральных удобрений в севооборотах повышает их продуктивность на 16.1; 10.4 н 12.2%. Применение органо-минеральных систем удобрений с уровнем насыщения 50-75 т/га навоза в сочетании с умеренными дозами минеральных " удобрений - обеспечивает среднегодовую продуктивность, равную: в севообороте с чистым паром - 37.7, с занятым паром - 45.0 п с многолетними травами - 35.6 ц/га з.с., что превышает контроль на 22.9,19.8 и 21.7%.

Основным критерием экологической устойчивости агроэкосистем в современном земледелии является не только возрастающий уровень производства товарной продукции, но и вся б]юпродукпшность, значительная часть которой используется для пополнения запасов органического вещества почвы.

Анализ данных, приведенных на рис.2, показывает, что наибольшее количество биомассы в среднем за год накапливается в севообороте с многолетними травами - 98,3 ц/га, причем, за счет растительных остатков,' а в севооборотах с чистым и занятым паром составляет всего 75.8 и 90.8 ц^га.

Исследованиями показано,' что большим резервом в решении проблемы насыщения почвы... органическим веществом в севооборотах с чистым и . занятым паром остается побочная продукция зерновых культур, на долю' которой приходится. более половины образующейся- фитомассы. На контрольных вариантах в общей фитомассе на долю компонентов приходится: в севообороте с чистым паром - 36.4% соломы, 21.9% расштельиых остатков и 41.7% основной продукщш; в севообороте с занятым паром - 40.7%

соломы« 23.2% растительных остатков, 36.1% основной продукции; в севообороте с многолетними травами приходится 24.6% на долю соломы, 40.8% - растительных остатков и 30.6% - основной продукции. На лучших вариантах эти соотношения в севооборотах с чистым и занятым паром составляют соответственно: 40.3, 20.7, 38.9%; 42.3, 23.9, 33.8%. Под действием удобрения формирование общей фитомассы в севооборотах с чистым и занятым паром почти достигает уровня севооборота с многолетними травами, однако в фитомассе преобладает побочная продукция, которая обычно удаляется с поля.

Исследованиями в факториальном опыте установлено, что среди элементов минерального питания наибольшее, влияние на продуктивность .севооборота, оказывает азот. Графическое изображение действия разных видов удобрений, представленное на рис.3, четко показывает преимущество азотных удобрений в сочетании, с фосфорно-калийными и на различных фонах применения средств защиты растений.

Таким образом, наиболее, продуктивным по общей фитомассе оказался севооборот с занятым паром, а по накоплению биогенных ресурсов плодородия преимущество имеет севооборот с многолетними травами.. Однако прирост общей фитомассы осуществляется в севообороте с занятым паром в основном за счет побочной. продукции,. которая пока мало используется для регулирования режима органического вещества почвы.

. 4,3. Влияние удобрений на качество урожая и химический состав сельскохозяйственных культур

Одним из важных показателей качества зерна является содержание в нем белка. В наших исследованиях более заметное действие на его содержание оказывают органо-минеральные системы удобрений как в севообороте с чистым, так и занятым паром. Наибольшее содержание белка в зерне отмечено на вариантах с использованием повышенных доз (ЫгРгК!) минеральных удобрений на фоне навоза. Особенно это заметно на яровой пшенице..

Другие качественные показатели^ зерна яровой пшеницы; стекловидносгь, содержание клейковины, ее растяжимость, и упругость находятся в прямой зависимости от. уровня, удобренности. Под действием органо-минеральной системы удобрений содержание клейковины возрастало с 20.2-23Л до 26.229.0%, улучшаются физические свойства клейковины.

На кукурузе использование высокого агрофона' способствует понижению содержания клетчатки, одновременно возрастает ! количество сырого протеина и каротина. На однолетних и '' многолетних травах примените минеральных удобрений,-' особенно в повышенных дозах, приводит к вьшадсигао га' общей массы1 бобового компонента, что отрицательно отражается на' содержашш протеина и каротина в кормах.

Применение удобрений существенно влияет на содержание бнофнльных "элементов в основной и побочной продукции' особенно при внесении умеренных н повышенных доз минеральных удобрений на фоне навоза. Увеличение концеитращт азота под действием удобрений отмечено: в зеленой массе однолетних и-многолетних трав, а также в кукурузе, в зерне'и соломе озимой ржи н яровой пшеницы. Использование навоза в системе удобрений способствует' значительному обогащению почвы обмяшым калнем. В первые годы после внесения навоза, богатого калием, отмечается значительное увеличение выноса калия с кукурузой и-побочной про душней зерновых культур. : :

: Удобрения, используемые'для повышения продуктивности культур, в значительной степени влияют на химический состав основной и побочной продукции.' Особенно это заметно по таким основпым элементам, как азот и кштй. С увеличением дозы вносимых удобрений возрастает содержание калия в побочной • продукции, а в зерне почт не ■ меняется. Минеральные и органоминеральные системы удобрашя при увеличении дозы их -внесет! я оказывают пракпгчсски одннаковое действие на химический состав растишй и па'общий вынос. Хозяйственньш вынос элементов питания определяется величиной урожая. При этом * в" зависимости от доз навоза ' возрастает вынос 1ЯРК культурами в севообороте с чистым паром в 1.1-1.3 раза, с занятым паром и многолетними травами в! 1.1-1.2 раза. При использовании умеренных и повышсш1Ых доз минеральных удобрений, а'также нх применение на фоне навоза ■ общий вьпюе возрастает соответственно по севооборотам: в-1.2-1.6 раза; 1.2-1.4 раза и'1.2-1.3 раза. ■ ■ '' • ; ' ■' -

Вынос элементов из почвы с урожаем обуславливается биологическими потребностями растений. ■ Больше выносится с урожаем калия, особенно с увеличением дозы навоза,-затем - азота, ' а фосфора &ЫНОС1ГГСЯ культурами меньше в сравнении с азотом и калием. ■ • ■ -■"■ - ■ "

Затраты питательных' элементов растениями на создание СДИ1НЩЫ продукишге соответствующим количеством побочной продукции дня основных возделываемых культур существенно

отличаются от справочных данных, особенно по выносу калия и азота по отдельным культурам, что необходимо учитывать при расчете доз удобрений в зоне лесостепного Поволжья.

5. БАЛАНС ПИТАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В СЕВООБОРОТАХ

Оценка различных систем удобрения проводится по их влиянию па количество и качество растениеводческой продукшт, и на показатели плодородия почв. Более объективно оцешпъ систему удобрения можно с использованием баланса биогенных элементов. ,

Баланс азота. Исследования показывают, что баланс питания зависит от набора культур в севообороте и его продуктивности. Так, на вариантах без удобрений хозяйственный баланс азота при среднегодовой продуктивности севооборотов с многолетними травами - 29.2, с чистым паром - 30.7 и занятым паром - 37.7 ц/га оказался отрицательным и . составил соответственно 37.4, 57.0 и 66.1 кг/га в год. Обеспечение положительного баланса стало реальным лишь при внесении в среднем за год 9 т/га навоза в севообороте с многолетними Травами, 15 т/га - с чистым и занятым паром. Внесение азота в составе полного удобрения в умеренных (28.7, 36.2, 39.4 кг/га) и повышенных (57.4, 72.4, 78,8 кг/га в среднем за год) дозах обеспечило интенсивность баланса: в севообороте с чистым паром 51.3 и 67.6%; с занятым паром 58.5 и. 73.0%; с многолетними Травами85.3-111.4%. . ..

Д.Н.Прянншпиков (1965) отмечал, что для обеспечения стабильного роста урожайности сельскохозяйственных культур достаточно возмещения выноса азота на 80%. В опытах М.П.Чуб (1986) максимальная продуктивность севооборотов была получена при интенсивности баланса по азоту 89-111%, В наших опытах на вариантах с максимальной продуктивностью в севооборотах с чистым паром (37.6 ц/га з.е.), с запятым паром (45.0 ц/га з.е.) и с многолетними травами (35.1 ц/га з.е.) интенсивность баланса азота составила соответственно 79.1%, 82.4% и 92.3%.

Расчеты баланса азота, представленные на рис.4, показывают, что проблему бездефицитности баланса азота легче решить, в севообороте с. многолетними травами. Наибольший дефицит азота складывается в севообороте с запятым паром, где требуется больше внесения азотных удобрений. В факторнальном опыте максимальная продуктивность севооборота (35.9-38.6 ц/га

з.е.) достигается при интенсивности балансаазота равной 87.5121.0%. • ' •

Баланс фосфора. Положительный * баланс фосфора достигается внесением в среднем за год 12-15 т/га навоза. Применение в среднем под культуру 32'кг/га PiOj на фоне б т/га навоза в севооборотах с чистым и занятым паром обеспечивает положительный его баланс, а в севооборотах с многолетними травами оказывается достаточным использование 34 кг/га Р2О5 на фоне'3 т/га навоза. При использовании фосфора в повышенных дозах (64 и-68 кг/га) интенсивность возмещения достигается по севооборотам соответственно 122, ПО и 150%. На лучших по проективности вариантах в зернопар опропашно м и зернопропашном севооборотах внесением под культуру 6 т/га навоза в сочетании с Рк в составе полного удобрения и 3 т/га навоза в сочетании с Рл в севообороте с многолетними травами уровень возврата фосфора составляет соответственно 122.4, 102.3, 102.4%. ■ - - -

Расчеты, представленные на рис.5, ■ показывают, что достижение положительного батанса фосфора становится реальным при внесении в среднем под- культуру 3-6 т/га навоза в сочетании с 30-35 кг/га PiOj. Для получения максимальной продуктивности севооборота' достаточно - в . составе полного удобрения обеспечит» возврат фосфора в пределах 60-70%.- '

Бадане ' калия. В биологический1 круговорот калия вовлекается значительно " больше, * чсм; азота:- и фосфора. ' ■Среднегодовой'общий вынос калия на варианте без удобрений составил по севооборотам 134.6, 184.8 н 180 кг/га. На болес: высоком агрофоне за счет внесения калийных удобрений и навоза вынос калия по севооборотам составил 212.8, 236.7 и 258.4 кгЛа. Увеличение общего выноса происхошгт за счет роста урожайности и более высокого -содержания его в основной и особенно в побочной продукции.

j На ■ лучших по продуктивности вариаэтах даже с применением максимальных нормвнесения навоза в сочетании с повышенными дозами минеральных удобрений не удалось достичь положительного баланса калия.В севооборотах с чистым, занятым паром и многолетними травами уровень возмещения выноса калия_ составшг 39.6, 32.2 и ■31.8%. В факториальиом опыте также ие удается решить проблему бездефицитности этого элеме1гга даже с внесением * !25 кг/га: KiO в среднем за' год. Наибольшая продуктивность севооборотов (35.9-38.6 ufra з.е.)' обеспечивалась при возмещении общего выноса калия в пределах 18.2-19.8%.

\ I-',;—,) Севооборот с чистым паром

I ь^-а^ Севооборот с занятым паром

| Севооборот с многолетними травами

' -Полиномиальный (Севооборот с чистым паром)

— - Полиномиальный (Севооборот с занятым пэром) -----Полиномиальный (Севооборот с многолетними травами)

Рис. 4. Среднегодовой баланс аюта в севооборотах

С-3 Севооборот с многолетними травами - • -Пошномиапьный (Севообороте чистым паром)

'; -—Полиномиальный (Севообороте занятым паром) —Полиномиальный {Севооборот с многолетними травами)

Рис. 5. Среднегодовой баланс фосфора а севооборота*

■ Ог

-200 , . . ". ■ О

!' ■ Навот<0,3,6,9,12,15 ; Навоз + М1 Р1 К1 • .. ■ Навоз * N2 Р2 К2

• -250 ' ■ ■■ ■ '' ■'■-.* .• ■■ - ' ■ ■ " / ■-■ --■ -'.■■.'.: '

¡НИЗ Севооборот с чистым парой ЕГГГЭ Севооборот с занятии парой

; > ','_] Севооборот с многолетними травами —- Полиномиальный {Севооборот с чистым паром)

» г , '

_ ■ Полиномиальный (Севообороте занятым паром) ..... Полиномиальный (Севооборот с многолетними травами)

Рис. 6. Среднегодовой баланс калия в севооборотах

Таким образом, балансовые расчеты показывают, что получение максимальной продуктивности севооборота с чистым паром 37.6 ц/га з.е. с занятым паром, 45.0 ц/га з.е. с миоголешими травами в 35,1 ц/га становится возможным при возмещении выноса азота, фосфора и калня соответственно 1) 79.1, ] 22.4, 39.6%; 2) 82.4, 102.3,32.2%; 3)92.3, 102.4, 31.8%. ;■/ .'.

6. Э КО ЛОГО-АГРОХИМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМ УДОБРЕНИЙ "

Проведенные исследования показали, что в удобрешшк имеются различного рода балластные токсические примеси, которые при определенных условиях могут загрязнять продукцию и окружающую среду, В связи с этим рассматривается эколого-агр о химическая оценка удобрешШ и, средств защиты растений, влияния их на содержание щпратов и остаточных количеств пестицидов в основной и побочной продукции, а также, накопления тяжелых металлов в почве и в растениях.

6.1. Влияние различныхсистем удобрений • на содержание экологически опасных ингредиентов ■ в почве и растениях

Внесение, особенно высоких доз азотных удобрений, как правило, приводит к повышению содержания нитратного азота в почве, который может мигрировать в 1 пол ежащие горизонты. В засушливые и полузасушливые годы происходзэт некоторое накопление нитратов в кормовых культурах и в побочной продукции зерновых. При этом не отмечено ни одного случая загрязнения нитратами зерна озимой ржи, яровой пшеницы, гороха, ячменя и проса. Установлено, - что шгграты преимущественно содержатся в^стеблях кукурузы, меньше всего накапливаются в початках. Эти данные говорят о том, что в азотном обмене растений нитраты воссганавдиваютсядо аммония, который используется в сщггезс белков .

Содержание тяжелых металлов в агроэкосистемах под действием используемых удобрений почта не изменяется. Установлено, что все виды минеральных удобрений в той или иной степени содержат тяжелые металлы. Наиболее богаты ими фосфорсодержащие удобрения. Однако, количество тяжелых металлов, поступающих с минеральными удобрениями, не изменяет заметным образом уровней содержания их в почве. Наши

исследования и балансовые расчеты показали, что тяжелые металлы, попадаемые в почвы лесостепного Поволжья с удобрениями н атмосферными осадками, не представляют опасности как загрязнители; нет прямой зависимости между содержанием тяжелых металлов в почве и поступлением их в растения, даже при применении повышенных доз удобрений; не все часта растений; обладают одинаковой. „способностью накапливать тяжелые металлы, они имеют - физиолого-бнохимическне барьеры, препятствуюише интенсивному поступлению тяжелых металлов в генеративные органы.

Химические средства защиты растений, используемые для регулирования фитосшттарного состояния посевов, представляют определенную опасность в загрязнении продукцщг и окружающей среды. Однако исследования показали, что при строгом соблюдении рекомендации их использования остаточных количеств пестицидов в продукции не обнаруживается..

л; ЭКОНОМИЧЕСКАЯ И БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ УДОБРЕНИЙ,,

Экономическая эф<|>ективпос1>, Позволяет наиболее объективно оценить различные системы удобрений в севооборотах и получить правильное, представление о целесообразности их применения. Расчеты показывают/ что по стоимости произведенной дополнительной продукции лучшие показатели получены в севообороте с занятым ларом. В севообороте с многолетними травами применение удобрений оказывается менее эффективным, .

Наибольшая рентабельность отмечена в севооборотах с чистым и запятым паром, и внесение 25т/ганавоза, где она достигает соответственно 154.0 и 96.5%. В севообороте с многолетними травами окупаемость виссешюго навоза остается невысокой. С повышением затратна внесшие высоких доз навоза и минеральных удобрений, а также в связи с их низкой агрономической эффективностью рентабельность снижается.

На лучших вариантах по продуктивности (50 т/га навоза + NiPiKi ) уровень рентабельности составляет: в севообороте с чистым паром 18.2, с занятым паром 30.1%. В севообороте с многолетними травами применение удобрений малоэффективно и имеет. низкую окупаемость дополнительных затрат. В факториалыюм опьгге наилучшие показатели рентабельности имеют варианты: с внесением среднегодовой дозы азота 71.6 кг/га д.в.-(194.2%), при сочетании азота и калия (NtwKsjj (181.3% ), а

применение полного удобрения в умеренных дозах (Мз5.«К4|.б) обеспечивает ретгтабельность 158.9%. На вариа!гге с максимальной продуктивностью рента белы ¡ость составила 114,3%.

Биочнергегическая эффект!гвностъ. По биоэнергетической оценке севообороты располагаются в- следующем убывающем . порядке: зернопропашной (28.1 " 5 тыс. МДж/га), зернопаропропашной (24.1 тыс, МДж/га), зериотравяиопропашной (22.6 тыс. МДж/га). ; Биоэнергетическая эффективность по культурам выражается следующими величинами: при возделывании гороха (35 тыс. МДж/га), однолетних трав (30-34 тыс. МДж/га), озимой ржи по чистому пару (29-31 тыс, МДж/га). При возделывании озимой ржн по занятым парам и яровой ишенииы затраты энергии составляют 25-27 тыс. МДж/га, ячменя -23 тыс. МДж/га и многолетних трав -13 тыс. МДж/га).

С повышением доз органических и минеральных удобрений затраты техногенной энергии возрастают. Так, коэффициенты, энергетической эффективности. с увеличением дозы их внеесшгя снижаются: в севообороте с чистым паром с 1.71 до 1.24; занятым паром с 1.79 до 1.47 и ми оголел вши травами с 1.97 до 1.231 На лучших по продукшвносш вариантах эти показатели составляют соответственно 1.58, 1.75 и 1,70. - ' ' -

Использование: севооборота ' с ' короткой ротацией и исключение из - него гороха позволяет повысть коэффициент энергетической эффективности до 2 и более едщшц. Использование (фосфорных, калийных и мишшалыилх доз полного удобрения позволило повысить коэффициент энергетической эффективности . до 2.20-2.23 сд. ■ ■ '

Таким образом, применение навоза и минеральных ; удобрений в средних ц умеренных дозах обеспечивает наибольшую продуктивность, а также экономическую и энергетическую эффекп ши ость.

8. АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ ВОСПРОИЗВОДСТВА ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ В ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЕ ПОВОЛЖЬЯ

Агр онкологическая коицегщпя воспроизводства плодородия почвы предполагает, прежде всего, максимальное накопление биогенных ресурсов плодородия в атроэкосисгемах, что' в значительной мерс определяется подбором культур в севооборотах и удобрениями. Наиболее эффективным в этом- плане является севооборот с - многолетними травами, среднегодовая бнопродуктивность которого составляет* 98,3 ц/га, которая

превышает продукгишшеть других ссвооборотовка 30%. При этом в структуре органических ресурсов в севообороте с миоглетними травамииа долю растительных остатков приходится 41%, в то время как г в других - только лишь 22 и 23%. Кроме того, в севообороте с многолетними травами растительные остатки наиболее богаты азотом и имеют оптимальное соотношение углерода к азоту.

Применение • органических и: минеральных" удобрений способствует знач1тгельно большему накоплению биогенных ресурсов и улучщешпо качества растительных остатков особенно в севооборотах с чистым и занятым паром по сравнению с севооборотом с многолетними травами. ■

Для максимального накопления биогенных ресурсов с целью воспроизводства плодородия почвы, улучшения се структуры, а также: фигосанигарного состояния посевов,важен подбор культур, отвечающих этим требованиям..

В условиях зоны Поволжья наиболее продуктивной и экологически пластичной ,. является. озимая рожь, биопродуктивность которой при размещении после чистого или занятого пара в начале ротации севооборотов превышает яровые зерновые, а масса распггельных остатков, поступающих в почву, уступает только многолетним травам и кукурузе.

Чистые лары при всех, их достоинствах по улучшению фитосашггарного состояния, накоплешио продуктивной влаги, мобилизации: элеме1ггов питания в доступной форме и стабилизации продуктивности озимого клина в условиях рискованного земледелия, имеют, ряд серьезных недостатков: сокращение поступления растительных остатков; усиление минерализации органического вещества почвы (до 2.2 т/га); повышение эрозионной опаспости;: потери азота из корнеобитасмого слоя. Чистый пар в условиях лесостепи Поволжья на современном этапе необходим для устойчивости производства зерна и снятия напряженности полевых работ в условиях короткой вссны, недостатка техники и материально-технических ресурсов. .

В условиях зоны в качестве парозанимающей культуры наиболее эффективен горох.. При возделывании гороха в биологический круговорот вовлекается до 80-100 кг/га азота. Однако- высокая энергоемкость и сложность технологии возделывания этой культуры, недостаток технических средств, а также низкая его экономическая эффективность привели к резкому сокращению площадей посева , гороха в зоне Поволжья, а следовательно и озимых, так как он является одним из основных предшественников озимой пшеницы.

Хорошим • предшественником- озимых являются однолетние, ■ травы, своевременная: уборка- которых позволяет оптимальные сроки внести.; органические удобрения; • Севооборот с занятым ; однолетними травами паром имеет более высокую (на 12%) бнопродуктивносгь, большее количество-поступающих в почву растительных остатков 1 (па 27%), повышают эффективность применяемых удобрехшй.

Большим резервом накопления биогенных ресурсов является удлинение периода накопления энергии агроэкосисгемами за счет введения раннего пара и сидеральиых культур. Возделывание их в одной из областей лесостепного Поволжья (Ульяновской) на -площади 100-150 тые.га с объемом фито.чассы 1.5-2.0 млн.т, использование ежегодно измельченной соломы на удобрение в количестве 1 1.5-2.0 млн.т, а также растительных остатков-многолетних трав на' площади 350-400 тыс.га, пожнивных; и корневых остатков зерновых и пропашпых культур позволило обеспечить бездефицитный баланс гумуса на площади |.7млн.га.

Рекомендуемая схема воспроизводства плодородия почвы позволяет решить проблему улучшения гумусного со сто яшм почвы с минимальными затратами энергии и техногенных ресурсов, так как при использовании сидсратов -и соломы- на. удобрение исключаются транспортные и погрузочные работы. В технологиях же выращивания зерновых культур с использованием навоза, приготовленного га соломы, эти затраты составляют около 50%.*

С учетом агроэкологическон оценки более эффективны оргапо-млперальные системы удобрения с использованием средних доз навоза и умеренных доз минеральных - удобрений. Они не только оказывают прямое и косвенное влияшгс на агрохимические показатели плодородия почв, но и повышают ее биологическую активность и улучшают агрофизические свойства. Такие системы удобрений создают более благоприятные условия не только для получения высокой продуктивности севооборотов, но н дня гумусо образования, увеличения водопрочных агрегатов, накоплеш!я продуктивной'влаги и биогенных элементов.

Фактором, ограничивающим продуктивность агроэкошетем в условиях зоны лесостепного Поволжья, является уровень обеспеченности азотом.- Решите азотной-; проблемы в агроэкоснсгемах позволяет значительно повысить продуктивность севооборотов и улучшить качество продукции.

Таким образом, предлагаемая нами агроэкопогическая концепция - воспрошводсгва плодородия черноземов Поволжья-заключаегся в реализации путем максимального накопления биомассы в агроэкосистсмах и создание условий с • учетом

оптимизации ее минерализации с целью обеспечения максимальной и устойчивой продуктивности пашни. Реализация этой проблемы возможна за счет правильного чередования культур в севообороте, использования умеренных, доз навоза и минеральных удобрений, а также при необходимости химических средств защиты растений.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1: Возделывание сельскохозяйственных культур без применения удобрений приводит к* уменьшению содержания гумуса: в зернопаропропашном - на 0.52%, зериопропашном - на 0.49%, зернотравшопропашном - на 0.12%. Бездефицитный баланс гумуса обеспечивается в восьмнпольных зернопаропропашном, зериопропашном и зернотравянопропашиом севооборотах внесением в среднем за год 6; 9; 3 т/га навоза и умеренных (97; 100; 107 кг/га ЬГРК) доз минеральных удобрений. В пятипольных севооборотах: зернопаропропашном потребность в навозе составляет 5 т/га, в зернопаровом - 3.9 т/га, зериопропашном - 2.6 т/га, зернотравяном - 0.5 т/га.

2. В структуре источников воспроизводства плодородия почвы в. севообороте с чистым паром побочная продукция зериовых культур составляет 36-41%, растительные остатки - 22.020.8%; в севообороте с занятым паром соответствен! о 41-44% и 2324%, а в севообороте с многолетними травами - 24.0-30.0% п 4131%. По размерам накопления биорссурсов культуры располагаются в следующем убывающем порядке: многолетние травы - кукуруза (силос) - озимая рожь - яровая пшеница - ячмень -однолетние травы - просо - горох. Под действием, удобрений формирование фитомассы в - севообороте с занятым паром достигает уровня севооборота с многолетними травами. Следовательно, побочная продукция является большим резервом в деле регугосрования плодородия почвы. По накоплению биомассы и влиянию се на баланс и режим органического вещества черноземов лучшим является севооборот с многолетними травами.

3. Интенсивное использование папаш без агрохимических средств ухудшает физико-химическне свойства почвы; повышается гидролитическая кислотность с 0.98 до 1.87: мг-экв7100 г -в севообороте с чистым паром, с 1.24 до 1.91 мг-эквЛОО г с занятым паром и с. 1.31 до 2.41 мг-эквЛОО г с многолетними травами; снижается степень насыщенности почв основаниями - на 2.8-3.8 мг-экв./ЮО г почвы. Применение 9-15 т/га навоза в сочетании с

минеральными удобрениями оказывает мелиорирующее действие на почву. " .

4. Оггшмальные агрофизические параметры плодородия чернозема выщелоченного следующие: плотность пахотного слоя (0-30 см) 0.92-1.06 г/см1количество агрегатов более 0.25 мм - 8091%, в том числе водопрочных - более 70%. Набор культур в-севооборотах и системы удобрений мало вл!гяют на изменение этих показателе. Благоприятное агрофизическое состояние почвы, складывается при комбинированной обработке почвы: больше накапливается влаги, повышается биологическая активность почвы о 1.66 раза,, увеличивается содержание . водопрочных агрегатов в 1.24 раза, повышается проективность севооборотов на 1.0-2.5 ц/га з.е.. .

■5. Тип севооборота и системы удобрений.' существенно влияютна пищевой режим почвы: . , ~

- в условиях лесостепи Поволжья в первом минимуме после влаги находится азот. Систематическое применение его в составе органических и минеральных удобрений повышает продуктивность севооборотов на 28.5-31.4% при значительном улучшении качества продукции;

. - при систематическом внесении, фосфорных удобрений происходит, повышение фосфатного потенциала почвы. Для увеличения содержания Р1О5 наЛ мгна 100 г почвы необходимо внести 90-120 кг/га РгСЪ; .

г при внесет ш калия в составе оргаио-мннералыюй системы удобрений улучшается калийный режим почвы, повышается продуктивность севооборотов и их устойчивости к фитопатогенной мшфофлоре. . . ' . ,

6. Биологическая активность черноземов зависит от влагообсспеченности и температурного режима. Положительное влияние, на этот показатель оказывают органические и минеральные .удобрения. . Систематическое применение минеральных удобрений на фоне навоза сопровождается усилением интенсивности разложения клетчатки, повышением шпрнфикационной способности почвь!. Более активно эта процессы. протекают в севооборотах с чистым., паром и с многолетними . травами. В первом случае складывается благоприятный, водный н тепловой режимы, во; втором поступление большого количества растительных остатков, богатых азотом.

7.. Разработан и предложен. производству экономически целесообразный и энергетически эффективный прием обогащения почвы легкоразлагаем ым органическим веществом за счет

сидеральных культур, обеспечивающий улучшение водно-физических, биологических и агрохимических свойств почвы, что положительно влияет на урожай и качество возделываемых культур.'

8. В агроэкосисгсмах лесостепи Поволжья на черноземе выщелоченном при применении навоза, минеральных удобрений и использовании сцдеральных культур в разных севооборотах обеспечивается формирование урожая: озимой ржи на уровне 30-50 ц/га; яровых зерновых 23-50 ц/га;. гороха - 20-25 ц/га; зеленой массы вшео-о веяной смеси - 170-310 н/га; злаково-бобовых многолетних трав- 140-215 цЛ'а и кукурузы-300-700 ц/га.'

9. Естественное плодородие чернозема выщелоченного обеспечивает „ средний уровеш> годовой продуктивности в шеепшольном зернопаропропашном севообороте - 24.9 ц/га з.е., а в восьмидольном севообороте с многолетними травами - 29.2; с чистым паром - 30.7 и.с занятым паром - 37.7 ц/га з.с. Максимальная продуктивиость (38.6 ц/га з.е.) в шеепшольном севообороте достигается при внесении в среднем за год 176 кг/га д.в. (МютлРмлКмл) и обеспечеюш защиты растшийот сорняков, вредителей' и. болезней, а в восьмипольиых севооборотах соответственно 35.1, 37.6 и 45.0 ц/га з.е. при внесении в срсдием за год 6 тЛ-а навоза и 107,97, 100 кг/га д.в.

10. Применение органических н особенно минеральных удобрений способствует росту продуктивности культур на 12-15% и улучшению качества продукции: содержание белка в зерне пшенииы возрастает на 1.8-2.4%, клейковины - на 4.0-6.4%, сырого протеина в кормовых культурах - на 0.2-0.8%. -

11. Итенсивность баланса азота составляет: в севообороте с чистым паром - 79.1%, с занятым паром - 82.4% п с многолетними травами - 92.3%, фосфора и калия соответственно 122.4, 102.3, 102.4% и 39.6, 32.2, 31.8%. В шестипольном зернопаропропашном севообороте на варианте с максимальной продуктивностью интенсивность баланса составляет: азота - 107-121%, фосфора - 5667% и калия - 16-19%.

, 12. Длительное систематическое применение минеральных удобрений в рекомендованных дозах не приводит к заметному изменению микроэлем еитн ого состава чернозема выщелоченного и возделываемых растений. Применение удобрений не влияет на накопление тяжелых металлов в почве (свшща, кадмия, никеля), а также в побочной продукции (мышьяка, никеля, кадмия, меди и цинка). # ^ . '

13. Наиболее экономически и энергетически эффеюнвюлми являются севообороты с многолетними травами и с занятым

паром; лучшие, показатели . энергетической эффективности достигаются г при использовании минеральных удобрений в; оптимальных дозах в шестипольном зернопаропропашпом севообороте, который по биоэнергетической эффективности в 1.4, раза превышзст остальные севообороты. .

, 14. Основными причинами снижения плодородия черноземов. в лесостепи Поволжья являются несовершенство севооборотов и недостаточное использование органических и минеральных, удобрений: незначительная доля многолетних бобовых трав, парозанимаюшнх и ендеральных культур; несоответствие, систем удобрений и обработки почвы основным : требованиям агролашинафтного земледелия. Кошепцня дальнейшего совершенствования земледелия в, _ лесостепи Поволжья предполагает максимальное накопление биогенных' элементов в почве атроэкоснстсм 'за счет оптимиз ат о п геев о о бор ото в, систем удобрений и обработки почвы. .. ' ■

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. В целях сохранения шп^-ралышго показателя плодородия черноземов - содержаши гумуса в условиях лесостепи Поволжья, необходимо:

- совершенствовать структуру посевных площадей в сторону увеличения доли многолетних трав, занятых и ендеральных паров;

- систематически использовать в 1 качестве органических удобрений все - растительные остатки, навоз н другие отходы сельскохозяйствсшюго производства;

- * внедрить в производство наиболее продуктивные, экономически целесообразные и энергетически эффективные плодосменные севообороты, а также ссв о оборота с занятыми парами, максимально насыщенные бобовыми культурами; *

- для поддержания оптимального баланса гумуса и элементов минерального шггати в восьмипольных севооборотах среднегодовая норма органических удобрений составляет б т/га подстилочного навоза в севооборотах с чистым и занятым паром, 3 т/га - с многолетними травами в сочетании с умеренными дозами минеральных удобрений (97, ЮО, 107 кг/га д.в.№К). -

2. Системы применения удобрений должны быть адаптированы для севооборотов различной специализации в агролаидшафтах. Системы удобрений важно разработать на основе почвенной и растительной диагностики, запасов продуктивной влага в почве в различные периоды вегетации -и-обеспечения

надежной зашитый сельскохозяйственных культур от сорняков, вредителей и болезней. ■■■'*, .

3. В условиях дефицита энергоресурсов и . сильной деградации почв в. лесостепи Поволжья необходимо освоить комбинированную систему обработки почвы в севооборотах. При этом под озимые после парозанимающих культур проводить только поверхностную обработку, под горох и яровые зерновые, идущие после кукурузы, вспашку на. 25-27 см, а в остальных случаях - плоскорезную обработку плугом со стойками СибИМЭ.

4. Для предотвращения загрязнения почв .тяжелыми металлами,, остатками пестицидов, радиоактивными нуклидами целесообразно вводить : специализированные севообороты, состоящие из непродовольственных технических культур и семенных участков зерновых колосовых культур.

5. Для экологизации: землеустройства необходимо внедрять проекты, сельскохозяйственного производства на адаптивно-ландшафтной основе, которые на всех: уровнях будут способствовать выбору оптимального^ решения в управлении продукционным процессом в агроценозах и регулированию плодородия почв.

СПИСОК РАБОТ^ ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ; -

Нормы, сроки и способы внесения навоза под кормовые культуры в прифермских севооборотах //Пути повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Труды Ульяновской ГСХОС. Т.8, 1985.-С. 53-57 (всоавторстве).

2. Эффективность доз навоза в звеньях севооборотов с чистым и занятым паром //Ускорение научно-технического прогресса в агропромышленном комплексе. Тезисы докладов научно-практической конференции Ульяновского СХИ. Ульяновск, 198$. - С.19.

3. Эффективность доз внесения навоза под сельскохозяйственные культуры в севообороте //Научные основы эффективного использования удобрений в интенсивном земледелии. Труды Ульяновской ГСХОС. Т.9, .1987. - С.3-7 (в соавторстве).

4. Биологическая активность почвы в связи с разной насыщенностью севооборотов с удобрениями //Научные основы эффективного .использования- удобрений в интенсивном земледелии. Труды Ульяновской ГСХОС. Т.9,1987. - С. 81-86.

5.- Типовой' о рга н изаци о н н о-технологи ческий" проект возделывания проса на интенсивной основе. - Ульяновск, 1987. - 35' с. (в соавторстве).- *

6. Типовой' организационно-технологический проект . возделывания гороха на интенсивной основе. - Ульяновск, 1987. -45 с. (в соавторстве). ; ■ -

7. Удобрения и продуктивность гектара //Степные просторы,+ 1988. № 8. - С.8. ■ ■■='--

8. Влияние удобрений на количество и состав растительных остатков //Агрохимия; 1988. МП. - С.74-77: .

9. Продуктивность культур звена севооборота //Химизация сельского хозяйства, 1988. №-11. - С.52-54.

10. Влияние различных уровней ■ удобренности на продуктивность звеньев севооборотов - в■• лесостепи Поволжья.: Автореферат дис... канд. с.-х.наук. - М:, ВИУА,:1988. - 22 с.

11. Баланс, питательных веществ в звене севооборота при' интенсивных ■ технологиях - возделывания зерновых культур //Совершенствование интенсивных технологий возделывания зерновых культур. Труды Ульяновской ГСХОС. Т.10, 1988. - С.37-42 (в соавторстве).

12. Продуктивность звеньев севооборотов при разных уровнях.' их насыщения .удобрениями.; Тез. доклада научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов по итогам 1988 года-Ульяновск, 1989. - С.18.

13. Динамика изменения баланса питательных веществ под действием различных систем удобрений в звене севооборота. -интенсивного типа //Совершенствование' интенсивных технологий возделывания зерновых культур. Труды1 Ульяновской ГСХОС. Т.10,1988. - С.43-47 (в соавторстве).

14. Рекомендации по совершенствованию системы обработки почвы в колхозах и совхозах Ульяновской области. Ульяновск, 1990. - ЗО'с. (в соавторстве).

15. Оптимальные параметры плодородия тяжелосуглинистых черноземов, ■ обеспечивающие наибольшую продуктивность сельскохозяйственных культур //Аграрная наука в условиях многообразия форм общественной собственности и регионального хозрасчета. Тезисы докладов научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов института. Ульяновск, 1990: - С.30.

16. Э ко лого-эконо м и ческие и агротехнические основы рационального использования удобрений и средств защиты растення на богарных землях Ульяновской? области; //Вопросы

экологии в интенсивных системах земледелия Поволжья. Тезисы докладов научно-практической конференции 2-6 апреля 1990 г. Саратов, 1990.-С.114-И5, ■

17.: Рекомендации по расчету:; доз удобрений; на запрограммированный урожай сельскохозяйственных культур. Ульяновск, 1990. - 39 с. (в соавторстве).

18. Влияние различных систем удобрений; на физико-химические свойства * слабовыщедоченных черноземов //Возделывание сельскохозяйственных культур по экологически чистым интенсивным технологиям- Труды Ульяновског о НИИСХ. Т.12,1991. - С.10-12 (в соавторстве).

19. - Агроэкологические аспекты накопления нитратов в кормовых культурах //Возделывание сельскохозяйственных, культур по экологически чистым интенсивным технологиям. Труды Ульяновского НИИСХ. ТЛ2, 1991.-С.13-22.

20. Уровень продуктивности культур' севооборота и их экологическая безопасность при применении разных - систем удобрений и: средств защиты растений. Тезисы докладов научной конференции профессорско-преподавательского.состава, научных, сотрудников п аспирантов института. Ульяновск, 1992. - С.24.

21.Оптимизация условий возделывания, уборки: и консервирования -кукурузы в Ульяновской облает. Ульяновск, 1993.-56 с. (в соавторстве).

22. Почвозащитный комплекс в ландшафтном земледелии. Ульяновск, 1994. - 10 с. (в соавторстве).

23. Плодородие почв и стабильность урожаев в Ульяновской области //Химизация в сельском хозяйстве, 1994. - С.12-13 (в соавторстве),

24. Роль удобрений в повышении содержания протеина кормовых культур //Проблема кормового белка и пути ее решения в хозяйствах Ульяновской области. Ульяновск, 1994.- С.60-64.

25. Использование цеолитов в кормлении животных //Концепция развития кормопроизводства в хозяйствах Ульяновской области. Ульяновск, 1995, - С.54-56 (в соавторстве).

26. Оптимизация минерального питания и своевременной надежной защиты растений - путь решения проблем производства высококачественного зерна. Материалы научно-практической конференции Саратовского института повышения квалификации и агробизнеса 22-26 апреля 1995 года. Вып. 3. Саратов, 1995. - С.94-101 (в соавторстве).

27. Изменение урожайности и содержание тяжелых металлов в основной и побочной продукции яровой пшеницы под влиянием минеральных удобрений //Доклады РАСХН, 1996; № 4; - С.32-34.

28. Оптимизация питания сельскохозяйственных культур в условиях /биогенной интена ¡фнкашш земледелия //Агроэколошческис проблемы биогенного земледелия . в современных,условиям. Научные труды Ульяновского НИИСХ, т. 13. Ульяновску 1996.с.37-40.

29. Агроэколошческие проблемы современного земледелия* Ульяновской области. ' Материалы научно-практической конференции. М.: Колос, 1996. - С.101-103. . ,

30. Влияние комплексного применения средств химизации на плодородие почвы и продуктивность севооборота //Химия в сельском хозяйстве, 1996. №6.-С.41-43. ,

31. Состояние загрязнения почв Ульяновской области и пути их детоксикащш //Повышение плодородия почв в современном земледелии с нспользоваidicm удобрении и ресурсосберегающих технологий возделывания. сельскохозяйственных культур. Материалы I Международной конференшш Географической сстн опытов с удобрениями и другими агрохимическими средствами 1822 марта 1996 г. Часть И. М.; 1996. - С. 110-111 (в соавторстве)

32. Комплексное применение- средств химизашти и продуктивность севооборотов. Тезисы докладов 44' научной конференции профессорско-преподавательского состава, сотрудников н аспнрагггов. Самара, 1997. -С. 157-158.

33. Влияние предшественников н средств .химизации на качество н эколошчсскую безопасность зерна яровой пшеницы //Качество продукции расгеип еводства и приёмы его повышения. Уфа, 1998. - С27-32.

34. Памятка по выращиванию озимой и яровой пшеницы повышенного качества в региональный фонд области. Ульяновск, 1988. - 24с. (в соавторстве).

35. Эффективность средств химизации при производстве высококачественного зерна в .условиях Поволжья //А[-р оxhmi[ческне, агроэкологическис и экономические проблемы и пути их решения при возделывании зерновых н других культур. Тезисы докладов Всероссийского координационного совещания учреждений Географической сети опытов с удобрениями и другими агрохимичссктш средствами 23-27 марта 1998 г. - М:, ВИУА, 1998. - С.28-29. .

36. Плодородие почвы и продуктивность севооборотов в зависимости от сочетаний и доз удобреииШ/Антропогенная деградация почвенного покрова и меры их предупреждения. Тезисы и доклады Всероссийской конференции; М.: 16-18 нюня, 1998. T.I. -С.137.

37. Совершенствование систем земледелия на ландшафтной основе//Земледелие, 1998. № 2 - С.5-6.

38. Эффективные экологически безопасные приемы повыше1шя продуктивности пашни в современном земледелии лесостепного Поволжья. В кн.: Удобрения и химические мелиоранты в агроэкосисгемах. - М.: Изд-во МГУ, 1998. - С.318-322.

39. Агроклиматическое обоснование оптимизации питания растений и применения агрохимических средств в разных севооборотах //Современные проблемы оптимизации минерального питания растений. Тезисы научно-практической конференции. - Н-Новгород, 1998. - С.255-256.

40. Воспроизводство плодородия почвы и применение удобрений //Научные основы совершенствования систем земледелия в современных условиях. Труды Ульяновского НИИСХ, 1998. - С.41-44 (в соавторстве).

41. Плодородие черноземных почв и эффективность удобрений в Поволжье. - М.: Изд-во МГУ, 1999, - 180 с.

Усл.печл, 2,8

Тираж 100 экз. Заказ 9902/02

Отпечатано с оригинал-макета в МААА "Агроэкояас" 119899, Москва, Воробьевы горы, МГУ, факультет почвоведения.

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора сельскохозяйственных наук, Сатаров, Гальмедин Айнулович, Москва

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ УДОБРЕНИЙ И АГРОПОЧВОВЕДЕНИЯ ИМ. Д.Н. ПРЯНИШНИКОВА

УДК 631.8:631.452:631.4

на правах рукописи

САТАРОВ Гальмедин Айнулович

кандидат сельскохозяйственных наук

ЭКОЛОГО-АГРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ВОСПРОИЗВОДСТВА ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВЫ, ПОВЫШЕНИЯ ПРОДУКТИВНОСТИ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ В

ЛЕСОСТЕПИ ПОВОЛЖЬЯ

Специальность: 06.01.04. - агрохимия

Содержание

Введение 4

Глава 1. Роль удобрений и средств защиты растений в регулировании плодородия почв и повышении продуктивности пашни. (Обзор литературы) 18

1.1. Плодородие почвы и гумусное состояние почвы 18

1.2. Изменение плодородия черноземных почв под влиянием длительного применения органических удобрений и севооборота 24

1.3. Влияние минеральных удобрений на плодородие почвы и продуктивность сельскохозяйственных культур 35

1.4. Агроэкологические проблемы эффективного и безопасного применения удобрений в современном земледелии 46

1.5. Эколого-агрохимические проблемы управления плодородием и использование средств химизации в ландшафтном земледелии 63 Глава 2. Программа и методика проведения исследований 73

2.1. Почвенно-климатические условия Поволжья и зоны проведения исследований 73

2.2. Вариабельность метеорологических условий

за годы исследований 78

2.3. Методика проведения исследований 90 Глава 3. Состояние и динамика изменения плодородия почвы и пути его воспроизводства в зависимости от интенсивности земледелия. 101

3.1. Почвообразовательный процесс в современных условиях

и основные факторы, влияющие на плодородие чернозёмов 101

3.2. Влияние севооборотов на плодородие черноземов и состояние органического вещества почвы 108

3.3. Ресурсосберегающие системы обработки почвы и плодородие черноземов 112

3.4. Влияние различных систем удобрений на физико-химические свойства почвы 118

3.5. Изменения агрофизических параметров

плодородия при разных системах применения удобрений 123

3.6. Влияние различных уровней насыщения органическими

и минеральными удобрениями на плодородие почв в разных севооборотах 128

3.7 Изменения биологической активности почвы под действием разных систем удобрений 147

3.8. Значение сидерального пара в повышении плодородия почв 160

Глава 4.Влияние систем удобрений на продуктивность агроэкосистем 170

4.1. Влияние севооборота, погодных условий и удобрений на урожайность культур и качество продукции 170

4.2. Влияние удобрений и средств защиты растений

на продуктивность культур 250

4.3. Продуктивность севооборотов и накопление биогенных элементов плодородия при применении

разных систем удобрений 288

Глава 5. Баланс питательных элементов в севооборотах 303

Глава 6. Эколого-агрохимическое обоснование систем удобрений в ландшафтном земледелии лесостепи Поволжья 316 Глава 7. Экономическая и биоэнергетическая оценка эффективности систем удобрений 327

7.1. Экономическая эффективность разных систем удобрений. 327

7.2. Биоэнергетическая эффективность использования удобрений 333 Глава 8. Агроэкологическая концепция воспроизводства плодородия почв в лесостепи Поволжья 343 Глава 9. Основные выводы и предложения производству 350 Литература 357 Приложения 707

ВВЕДЕНИЕ

Экономические реформы последних лет позволили создать основы многоукладной экономики, частично осуществить земельные преобразования. На долю предприятий, основанных на частной собственности, приходится около 90% производимой продукции.

В то же время в аграрном секторе, как и во всем народном хозяйстве, также нарастают кризисные явления. В 1995 г. объем валовой продукции сельского хозяйства по сравнению с предыдущей пятилеткой (1986-1990 гг.) сократился на 33%, перерабатывающей продукции - на 60%. Падает производственный потенциал отраслей агропромышленного комплекса, плодородие почвы. Негативные причины снижения плодородия черноземных почв, отмечаемые многими учеными (Каштанов, 1987, 1991; Шатилов и др., 1990, 1991; Милащенко, Акулов, 1990 и др.), многолики: за период длительного хозяйственного их использования образовалась значительная выпаханность, недостаточное внесение минеральных и органических удобрений, интенсивно протекающие эрозионные процессы, недостаточная изученность вопросов научно обоснованного управления плодородием черноземов в современных условиях.

В связи с этим в трудных условиях переходного периода обеспечение продуктами питания населенния страны становится одной из самых сложных проблем современного сельского хозяйства России.

Ключевые положения научной концепции развития земледелия на ближайшую перспективу в условиях перехода к рыночным отношениям и многоукладному сельскому хозяйству ориентированы на дальнейшее повышение плодородия почв и устойчивое повышение продуктивности пашни (Каштанов и др., 1991).

Согласно разработанной программы "Стабилизация и развитие агропромышленного производства Российской Федерации на 1996-

2000 гг." необходимо к 2000 году производить млн.т: зерна не менее 95; сахарной свеклы - 27; подсолнечника - 3.5; картофеля - 38; овощей - 11.5; скота и птицы - 10.8 (в живой массе); молока - 44.6 и яиц 38 млрд. шт.

Для реализации этой программы предусматривается поставить: 10 млн.т минеральных удобрений, 85 тыс.т пестицидов; 35.5 тыс.т мелиорантов, в 1.5 раза увеличить парк сельскохозяйственных машин и тракторов.

Ежегодно нарастающие объемы применения минеральных и органических удобрений в Поволжье в период 1970-1990 гг. благоприятствовали систематическому росту продуктивности земледелия и практически приблизили его к бездефицитному балансу питательных веществ и значительному сокращению дефицита органического вещества почвы.

В последующие годы с нарастанием кризисных явлений в агропромышленном комплексе Поволжья применение минеральных удобрений снизилось почти в 10 раз, а органических - в 4 раза. В связи с этим повсеместно проявляется тенденция снижения плодородия почв и продуктивность пашни.

Еще более 150 лет назад Ю.Либих разработал теорию минерального питания растений и обосновал необходимость использования не только органических, но и минеральных удобрений. По этому пути развивается земледелие развитых стран. Мировой опыт показывает, что дальнейшее повышение продуктивности пашни происходит лишь при возрастании вложений энергии, материализованной в удобрениях, пестицидах, в машинах, горюче-смазочных материалах и т.д.

Специалисты в области использования удобрений считают, что не менее трети сельскохозяйственной продукции в странах Западной Европы и США получают от применения минеральных удобрений. В нашей стране^по данным ЦИНАО долевое участие удобрений в формиро-

вании урожая (до 1991 г.) составляло в Нечерноземной зоне 60%, лесостепной - 40%.

До 1990 года и в России, в том числе и в Поволжье, ускорялся процесс интенсификации земледелия, возрастали объемы применения органических и минеральных удобрений, средств химизации, использовалась мощная техника, вводились интенсивные севообороты и т.д. Все это способствовало стабильному повышению плодородия почв и продуктивности пашни. Однако при этом не всегда учитывались экономическая целесообразность и экологическая безопасность.

Анализ показывает, что при высоком обеспечении хозяйств средствами интенсификации при существующей системе ведения земледелия часто возникали противоречия между антропогенной деятельностью человека в земледелии и законами природы. При одностороннем техногенном подходе к интенсификации земледелия - это применение высоких доз удобрений и пестицидов, переход к монокультурам или севооборотам с короткой ротацией, широкое распространение генетически однородных сортов и гибридов - возникали противоречия и реальная опасность загрязнения окружающей среды токсикантами. Достаточно отметить, что из-за слабой технической оснащенности хозяйств в современных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур теряется значительная часть удобрений и пестицидов (Жученко,1990). Поэтому, учитывая все возрастающую экологическую напряженность в аграрном секторе, а также энергоемкость земледелия, возникает необходимость в перестройке концепции современного земледелия. Главным фактором на данном этапе развития земледелия должны быть не темпы интенсификации земледелия, а знание и обеспечение оптимальных условий для роста и развития сельскохозяйственных культур.

Анализируя данные сравнительной оценки различных систем земледелия, можно сделать заключение, что высокая продуктивность пашни возможна не вследствие упрощения и разработки альтернативных

форм земледелия, а вследствие совершенствования существующих. Главное при этом глубокое познание и строгое соблюдение законов земледелия, предусматривающих научно-обоснованный севооборот, применение всех видов удобрений, экологически сбалансированную систему защиты растений, дифференцированную систему обработки почвы. Только в этом случае создаются условия для расширенного воспроизводства плодородия почвы.

Научно-технический прогресс в земледелии невозможен без постоянного совершенствования. Все эти проблемы требуют подробного и детального изучения и адаптации сельскохозяйственных культур к определенным условиям той или иной зоны. Таким образом, основные противоречия современного земледелия обусловлены односторонним подходом к решению крупномасштабных проблем повышения плодородия почв, продуктивности пашни и обеспечения охраны окружающей среды. Анализ причин некоторых нежелательных тенденций в современном экстенсивном земледелии и растущие потребности населения страны в продукции растениеводства со всей очевидностью показывают неизбежность поиска новых приоритетов в интенсификации земледелия, обеспечивающих качественно новый этап его развития.

В этой связи очевидно ясно, приоритетными направлениями исследований в земледелии сохраняется разработка комплексных методов воспроизводства плодородия, повышения эффективности удобрений и средств защиты растений, интенсивных почвозащитных адаптированных технологий. Ценность земли, как основного средства производства, определяется ее возможностью обеспечивать растений всеми факторами жизни. Поэтому разработка научно обоснованных методов воспроизводства плодородия почв в условиях Поволжья, обоснование основных агрохимических, агрофизических и биологических параметров почвы, как составляющих основу плодородия, были главными задачами настоящей работы. В работе также изложены эколого-агрохимические

проблемы воспроизводства плодородия выщелоченных черноземов и повышения их продуктивности.

Актуальность проблемы

Важнейшей задачей современного сельскохозяйственного производства Поволжья остается поиск путей повышения продуктивности земледелия. Успешное решение этой глобальной задачи в одном из крупных товаропроизводящих регионов России, в Поволжье, неразрывно связано с эколого-агрохимическими проблемами сохранения и воспроизводства почвенного плодородия.

В Поволжье производится 17% зерна, 8% сахарной свеклы, 22.5% подсолнечника, 9% картофеля, а также большое количество другой продукции растениеводства и животноводства. Исследования, проведенные в длительных стационарных опытах лесостепной зоны Поволжья, позволяют составить определенный прогноз будущего в развитии земледелия, имеют основополагающее значение в разработке теоретических основ применения удобрений в севооборотах. В настоящее время проблема роста продуктивности пашни, стабилизации плодородия почвы в зоне Поволжья стоит очень остро и решить ее без совершенствования структуры посевов, внедрения научно-обоснованных севооборотов, применения органических и минеральных удобрений, правильного выбора способов обработки почвы, а также рационального обустройства территории хозяйств не представляется возможным.

Одной из немаловажных причин снижения продуктивности пашни, является устойчиво сложившийся отрицательный баланс гумуса, который обуславливается не только безвозвратным выносом сельскохозяйственными культурами, но и эрозией почв. Наиболее эффективным мероприятием повышения плодородия почв и продуктивности пашни является рациональное применение всех видев удобрений.

Глубокие исследования по вопросам длительного применения удобрений и способов обработки почв на показатели продуктивности пашни и плодородия черноземов в зоне Поволжья проводились многими исследователями, начиная с эпохи становления сельскохозяйственной науки: Н.М.Тулайков (1911); М.М.Грачев (1912); М.М.Сазонов (1928);

A.Н.Харчиков (1928); А.Ю.Левицкий, А.А.Лесюкова (1930); В. Н.Сердюков, С.П.Ярков, А.Я.Антыков (1932); А.С.Королев (1961); Г.П.Куликов, В.Я.Шагаев (1964); В.А.Корчагин, В.А.Прошкин (1973); И.Ф.Нолль, В.Я.Шагаев (1974); М.П.Чуб (1980); И.А.Чуданов (1981);

B.Я.Шагаев (1983); А.Г.Марковский (1983); В.А.Герасимов (1983); М.И.Ходько, Н.К.Спиридонова (1984); В.Т.Московских (1987); В.Ф.Кормилицын (1988, 1990); А.Н.Калимуллин и др. (1995); Н.С.Немцев (1996); Г.И.Казаков (1997).

Вопросы о действии органических и минеральных удобрений на плодородие почв и продуктивность севооборотов весьма актуальны и достаточно освещены исследователями в печати. Однако развитие земледелия в зоне Поволжья приобретает ландшафтный характер, осваиваются энерго-ресурсосберегающие технологии основной и предпосевной обработки почвы, подвергаются регламентации технологии комплексного использования средств химизации, достоянием гласности в последнее время становится больше фактов отрицательного их воздействия на окружающую среду и человека. Широко входят в использование новые препараты и т.д.

Особое место в этом ряду занимает проблема накопления тяжелых металлов и остатков пестицидов в растительной продукции, влияющих на состояние здоровья человека и животных. Размеры накопления их в продукции зависят от ряда факторов как объективного, так и субъективного характера. В этой связи изучение поведения токсических элементов в продукции при использовании разных видов и доз средств химизации остается одной из важных задач современного зем-

леделия, хотя посвящены изучению этой проблемы работы многих ученых: Ю.В.Алексеев (1987); В.Ф.Ладонин, А.М.Алиев (1991); В.Г.Минеев (1994); Н. П. Богомазов, П.Г.Акулов (1994); Б. Г. Гл ухо веки й, Н.Г.Малюга, Н.С.Котляров (1994); Н.Г.Мязин (1994).

Известно, что совместное применение средств химизации приводит к возникновению взаимодействия факторов, что, прежде всего, не учитывалось, так как роль каждого из них изучалась по отдельности. Вследствие применения удобрений, пестицидов и ретардантов возникает реальная опасность накопления их остатков в почве и в растениеводческой продукции. Положение усугубляется еще и тем, что закономерности превращения препаратов в почве и в растениях при их комплексном применении изучены слабо.

Научный опыт и передовая практика показывают, что до сих пор актуальными остаются вопросы разработки научных основ экологически и экономически обоснованного применения минеральных и органических удобрений в севооборотах Среднего Поволжья, управления продукционным процессом посевов на основе оптимизации минерального питания растений, разработки сбалансированных экологически безопасных систем удобрений, технологии управления плодородием черноземов в ландшафтном земледелии. В свою очередь, повышение плодородия черноземных почв является определяющим фактором формирования устойчивых агроэкосистем в Поволжье.

Наши исследования были посвящены уточнению ряда теоретических основ и разработке практических предложений по экологически безопасному и эффективному применению органических и минеральных удобрений, а также комплексному использованию средств защиты растений с целью регулирования плодородия черноземных почв и повышения продуктивности разных севооборотов в ландшафтном земледелии Поволжья, результаты которых изложены в диссертации.

Таким образом, создание оптимальных условий роста и развития сельскохозяйственных культур является компромиссом между несколькими противоречивыми критериями: получение максимально возможных урожаев с хорошими качественными показателями, сохранение и воспроизводство почвенного плодородия, сокращение энергозатрат на обработку почвы и применение удобрений, предотвращение загрязнения окружающей среды.

В связи с этим развитие комплексных агрохимических исследований с учетом экологизации и биологизации земледелия приобретает особую актуальность и практическую ценность в современном земледелии.

Цель исследований - разработать стратегию воспроизводства плодородия черноземов и повышения продуктивности пашни за счет различных биогенных элементов и регулирования режима минерального питания в условиях Среднего Поволжья.

В задачу исследовани�