Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Эколого-экономическая эффективность системы лесных полос в ландшафтном земледелии Центрального Черноземья

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "Эколого-экономическая эффективность системы лесных полос в ландшафтном земледелии Центрального Черноземья"

На правах рукошлж

Линков Сергей Александрович

Эколого-экономическая эффективность системы лесных полос в ландшафтном земледелии Центрального Черноземья

06.01.01 - общее земледелие, растениеводство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

г 1 !,оя 2013

00553951*

РАМОНЬ 2013

005539512

Работа выполнена на кафедре земледелия и агрохимии ФГБОУ ВПО «Белгородская государственная сельскохозяйственная академия имени В.Я. Горина» в 2004-2007 гг.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Котлярова Екатерина Геннадьевна

доктор сельскохозяйственных наук, ФГБОУ ВПО «Белгородская ГСХА им. В.Я. Горина» профессор кафедры земледелия и агрохимии Боронтов Олег Константинович доктор сельскохозяйственных наук, ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свеклы имени А.Л. Мазлумова» Россельхозакадемии, лаборатория агротехники и севооборотов, заведующий лабораторией Чернявских Владимир Иванович доктор сельскохозяйственных наук, Ботанический сад НИУ «БелГУ», старший научный сотрудник

Ведущая организация:

ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт земледелия и защиты почв от эрозии» Россельхозакадемии

Защита состоится « » 2013 г. в -¿'¿часов на заседании

диссертационного совета Д 006.065.01 при Государственном научном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свеклы имени A.JI. Мазлумова» РАСХН по адресу: 396030, Воронежская область, Ра-монский район, п. ВНИИСС, д. 86; тел./факс (47340) 5-33-26; E-mail: dissovetvniiss@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГНУ ВНИИСС.

Автореферат разослан и размещен на сайте www.gnuvniiss.narod.ru « 0Су> /^¿УС^иЕзон г.. на сайте ВАК Минобрнауки РФ www.vak2.cd.gov.ru «Р/ >>/г^У/<^-2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

Стогниенко Ольга Ивановна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время почвенный покров, да и биосфера в целом, находится под влиянием мощного антропогенного воздействия, в связи с чем почвы теряют плодородие значительными темпами. Одной из главных причин деградации земель является интенсивное развитие эрозионных процессов, особенно в условиях сложного склонового рельефа.

Современное состояние агроландшафтов и, в особенности, почвенного покрова, вызывает необходимость глубокого освоения ландшафтных систем земледелия. Масштаб проблемы требует повышения эффективности использования средств. Одними только противоэрозионными агротехническими мероприятиями, как считают некоторые исследователи, эту проблему вряд ли удастся решить. Необходим весь комплекс почвозащитных мероприятий, особое место в котором занимает система защитных насаждений, выполняющих не только мелиоративные, но и организационные функции в агроландшафтах.

Оценить эколого-экономическую эффективность лесных полос позволяет созданный под руководством академика РАСХН О.Г. Котляровой научно-производственный объект в Красногвардейском районе Белгородской области, где на территории более 130 тыс. га создана завершенная система защитных лесных насаждений.

Цель исследований - оценить влияние системы защитных лесных насаждений на экологическую устойчивость и продуктивность агроландшафтов хозяйств Красногвардейского района Белгородской области.

Основные задачи исследований:

1. Определить эффективность систем защитных лесных насаждений, как элемента ландшафтных систем земледелия, в условиях склонового эрозионно-опасного рельефа.

2. Оценить влияние лесных полос на элементы водного режима склоновых земель.

3. Изучить влияние системы защитных лесонасаждений на агрохимические показатели плодородия почв.

4. Оцепить влияние системы лесных полос на урожайность и качество продукции, биологическую емкость и продуктивность агроландшафтов.

5. Изучить влияние экологического каркаса ландшафтных систем земледелия на развитие и распространение живых систем.

6. Определить экономическую эффективность почвозащитного комплекса преобразованных агроландшафтов.

Научная новизна работы. Впервые в Центрально-Черноземном регионе России доказана перспективность использования системы лесных насаждений для повышения продуктивности сельскохозяйственных культур, сохранения плодородия почв, расширения биологического разнообразия, равномерного распределения осадков в условиях сложного эрозионно-опасного рельефа. Выявлены закономерности влияния систем лесных полос на экологическую устойчивость и продуктивность агроландшафтон в целом.

Установлено, что в системе лесных полос приостанавливается процесс подщслачивания черноземов карбонатных и происходит повышение в них содержания органического вещества.

Практическая значимость работы. Определение эффективности систем лесных полос, как экологического каркаса ландшафтных систем земледелия, в Красногвардейском районе, имевшем наиболее интенсивное проявление эрозионных процессов, позволит успешно использовать их в агроландшафтах других районов Белгородской области и Центрального Черноземья в целом. Было установлено влияние системы полезащитных лесиых насаждений на сохранение влаги, восстановление плодородия, повышение устойчивости развития живых систем.

Полученные результаты имеют практическое значение для разработки и совершенствования программ по сохранению плодородия почв и повышения эффективности сельскохозяйственного производства. Выполненная работа доказала высокую эффективность системы лесных полос, созданной в Красногвардейском районе Белгородской области.

Положения, выносимые на защиту:

1. Создание системы лесных полос позволяет даже в сложных рельефных условиях на сильно эродированных почвах эффективно предотвращать развитие эрозионных процессов и восстанавливать плодородие почв.

2. Лесные полосы на склонах способствуют равномерному накоплению и распределению снега на прилегающих полях, сохранению влаги в почве.

3. Освоение системы лесных полос позволяет повысить продуктивность отдельных сельскохозяйственных культур и агроландшафтов в целом.

4. Лесные полосы являются фактором расширения видового разнообразия растительности и местообитаниями энтомофагов, контролирующих численность фитофагов на межполосном пространстве.

5. Создание системы защитных лесных насаждений экономически целесообразно в сложившихся условиях рыночной экономики.

Личный вклад автора. При выполнении диссертационной работы автор принимал активное участие в разработке методики исследований, в соответствии с которой провел полевые и лабораторные исследования, выполнил научный анализ полученных данных.

Апробация работы. Результаты проведенных исследований докладывались соискателем и получили одобрения на научно-производственных конференциях различного уровня: Белгородская ГСХА (2004-2013); Великие Луки (2007); Курск (2008, 2010); на заседаниях кафедры земледелия и агрохимии, на заседаниях совета агрономического факультета Белгородской ГСХА (2004, 2005, 2006, 2008, 2010, 2012, 2013).

Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 17 научных работ, в том числе 4 - в ведущих рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 147 страницах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав, выводов, предложений производству, списка использованной литературы, включающего

338 источников, в том числе 12 иностранных. Работа содержит 31 таблицу, 4 рисунка и 3 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В обзоре литературы выполнен анализ отечественных и иностранных публикаций о влиянии системы лесных полос на различные компоненты агро-ландшафтов и, в особенности, на почвенный покров (Докучаев, 1948,1950; Заславский, 1987; Каштанов, 1988, 2008; Котлярова, 1995, 2006; Черкасов, 1999, 2001; Кузнецов, 2004; Кулик, Павловский, 2008 и др.).

Отмечено, что в связи с многогранной мелиоративной ролью лесных полос возникает необходимость в проведении исследований по комплексной эко-лого-экономической оценке системы защитных лесных насаждений в реальных условиях хозяйствования целого административного района. Проведение таких исследований возможно благодаря широкомасштабному освоению ландшафтных систем земледелия на всей территории Красногвардейского района Белгородской области — одного из самых эродированных в ЦЧР,

2. ОБЪЕКТЫ, МЕТОДИКА И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводились в 2004-2007 гг. в Красногвардейском районе, где на всей площади водосборов (более 130 тыс. га) создана, начиная с 1981 года, завершенная система защитных лесных насаждений, включающая полезащитные, водорегулирующие, приовражно-балочные лесные полосы и сплошное облесение бросовых и нарушенных земель.

Изучение плодородия почв проводили на двух модельных объектах. Первый объект - полигон «Красногвардейский» (территория ОАО «Засосен-ская нива») охватывал водораздел, а также склоны южной и северной экспозиции крутизной от 1 до 8°. Почва - чернозем остаточпо-карбонатный различной степени смытости. На данном маршруте расположено 6 полей и 7 лесных полос, а также имеется участок склона с естественной растительностью. Здесь было заложено 42 реперных участка: по 3 на каждом межполосном пространстве (в центре ив 15 м от северной и южной границ полей) и в лесных полосах (на опушках и в центре). На данном полигоне, помимо показателей продуктивности агроцепозов, проводилось изучение закономерностей распределения снега и влагонакопления, развития и распространения флоро- и энтомоком-плексов в системе лесных полос.

На модельном объекте «Репный лог» (территория ООО «Элитное») были закреплены 8 реперных участков, из которых один был расположен в равнинных условиях на несмытых почвах (он был взят за контроль), а остальные на разных участках склона 1-4° южной экспозиции. Почвенный покров представлен черноземами выщелоченным и типичными карбонатными различной степени смытости.

Агротехника возделывания на обоих объектах - общепринятая для зоны.

Для сравнительного анализа урожайности сельскохозяйственных культур трех районов юго-восточной части Белгородской области - Красногвардейского, с освоением ландшафтных систем земледелия на всей площади, а также Вейделевского и Валуйского, где ландшафтные системы осваивались только в отдельных хозяйствах, использовались данные ежегодных статистических сборников Департамента АПК Белгородской области (Форма 29).

В ходе исследований на обоих объектах все наблюдения, учеты и анализы проводились согласно общепринятым методикам. Влажность почвы определяли термостатно-весовым методом до глубины 100 см, через каждые 10 см перед уборкой урожая, а также до и после таяния снега в трехкратной повторно-сти. Плотность почвы определяли методом режущего кольца до глубины 100 см через каждые 10 см (Доспехов, 1987).

Плодородие почв оценивали по следующим показателям: содержание гумуса - согласно ГОСТу 26213-91, легкогидролизуемый азот - по Корнфилду, подвижный фосфор и обменный калий — по Чирикову ГОСТ 26204-91 (в карбонатных почвах - по методу Мачигина), рН солевой вытяжки по методу ЦИНАО (ГОСТ 26483-85), сумма поглощенных оснований - по методу Каппепа-Гильковица (ГОСТ 27821-88).

Учет биологической и хозяйственной продуктивности ландшафтов проводили на учетных площадках размером 1 м2 в трехкратной повторности по каждому реперному участку. В растительных образцах определяли следующие показатели: азот (ГОСТ 13496.4-93), фосфор (ГОСТ Р. 51420-99), калий (ГОСТ 30504-97), белок (ГОСТ 50817-95).

Для изучения параметров водного режима определяли глубину промерзания почвы, высоту снежного покрова, плотность снега и запасы воды в снеге в зимний период; в весенний период — прибавку влаги в почве за счет таяния снега.

Видовое разнообразие растительности оценивали по стандартной методике геоботапического обследования, па площадках по 100 м2. Учет численности и видового разнообразия энтомофауны проводили путем кошения стандартным энтомологическим сачком - по 10 взмахов (3 м2) в трехкратной повторности, с дальнейшим определением обнаруженных экземпляров (Палий, 1970).

Математическая обработка результатов исследований проводилась методом дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову (1985), также для выполнения расчетов применялся редактор Microsoft Excel 2003.

Оценка экономической эффективности проводилась в соответствии с «Нормативами для определения экономической эффективности защиты почв от эрозии» (1985).

Погодные условия, сложившиеся в годы исследований, в целом были близки к типичным для восточных районов Белгородской области. Однако лето 2005 года было достаточно засушливым, а зима 2004-2005 года - теплой и малоснежной. В то время как зима 2005-2006 гг., напротив, была рекордно холодной и продолжительной, с очень мощным снежным покровом. Зима 2006-

2007 гг. была типичной для нашей зоны. Таким образом, исследования охватили годы с различными погодными условиями.

3. ВЛИЯНИЕ ЛЕСНЫХ ПОЛОС НА ЗАПАСЫ ВЛАГИ И АГРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ Распределение снега, сток талых вод и запасы влаги в почве под влиянием лесных полос. Исследования по изучению накопления и распределения зимних осадков в агролаидшафтах с лесными полосами проводились на полигоне «Красногвардейский». Было установлено, что по запасам снега, вла-гонакоплению и показателям стока преимущество имеет северный склон. Высота снежного покрова на полях склона северной экспозиции в среднем была в 1,5 раза больше, запасы воды в снеге больше на 18-30%, коэффициент стока на склоне северной экспозиции составил 0,25, в то время как на склоне южной экспозиции - 0,45. Это вполне объяснимо в условиях нашей зоны, где южные и юго-восточные склоны являются встроударными с экстремальными гидротермическими условиями. В лесных полосах коэффициент стока был несколько меньше, чем па полях — 0,25 против 0,34. Высота снежного покрова на склоне южной экспозиции в целом была в 1,5 раза меньше, по запасам воды в снеге на обоих склонах различия также заметные — на склоне северной экспозиции они больше на 18-30% (табл. 1).

Таблица 1 — Накопление влаги в метроном слое почвы в период таяния снсга (полигон «Красногвардейский», в среднем за 2004-2007 гг.)

Название угодья Высота снежного покрова, см Запас воды в снеге (2, мм Прибавка влаги в почве после стока АТ¥, мм Сток и испарение д-Ш, мм Коэффициент стока в-АМ' а

Лесные полосы на склоне южной экспозиции 30 105 69 36 0,34

Лесная полоса на водоразделе 29 102 78 24 0,24

Лесные полосы на склоне северной экспозиции 48 151 122 29 0,18

Поля на склоне южной экспозиции 28 99 54 45 0,45

Поле на водоразделе 28 92 62 30 0,32

Поля на склоне северной экспозиции* 40 120 90 30 0,25

* включая участок естественной растительности

В 15-ти-метровой зоне к северу от лесных полос высота снежного покрова в среднем за годы наблюдений составила 32 см, в то время как в центральных частях поля и в 15 м к югу от лесных полос она была одинаковой - 30 см. В условиях сложного рельефа лесные полосы способствовали снижению потерь влаги на сток, который составил на полях в среднем 35 мм, что лишь немногим больше аналогичного показателя в лесных полосах - 30 мм. В результате запасы влаги в почве полей полярных склонов после таяния снега выравнивались и составляли 249-276 мм (рис. 1).

10ЖУЫП СЮ10Й ВСЩЖЩЩ СШРНМЙ склон .....^„.Шьы....^ . , ^ . ^ .......,,М2м...... ^ ^___144« .........^ „ ...............

[1 --уны-;)Ш5'18Шдележ- штиш

Щ - тиШ еже* тташхя я» »етстеа. ж

ж ■■ й-1[!>•■,:!!: 1Ш8И.Ч 4Ж'( й.

: Ц ■ «си й» в* зга-ИИ®« вше мм * I ят. л«

Рис. 1. Запасы влаги в слое почвы 0-100 см до и после снеготаяния, полигон «Красногвардейский» (в среднем за 2004-2007 годы), мм

Таким образом, система полезащитных лесных полос оказывает значительное влияние на равномерное распределение и накопление в межполосном пространстве снега и сохранение влаги в почве.

Изменение содержания гумуса и кислотности почв под воздействием системы лесных полос. По мере создания системы лесных полос смыв почвы практически прекратился, что доказано исследованиями, проведенными на объекте «Репный лог» (СГЖ «им. Ленина», с 2004 г. - ООО «Элитное»), на котором сотрудниками кафедры земледелия и агрохимии Белгородской ГСХА под руководством О.Г. Котляровой в 1993 г. были закреплены реперные точки. Изучались черноземы выщелоченные, типичные и черноземы типичные карбонатные различной степени смытости, расположенные в разных частях склона южной экспозиции.

В 2004 году по тем же реперным участкам произведено повторное агрохимическое обследование. В среднем по реперным участкам за 11-летний период произошло увеличение содержание гумуса на 0,19 % в пахотном слое - с 4,39 в 1993 до 4,58 % в 2004 г.; в подпахотном - на 0,27% - с 3,89 до 4,16% соответственно (табл. 2).

Таблица 2 - Изменение содержания гумуса и кислотности почвы в пахотном (0-20 см) и подпахотном (20-40 см) слоях на объекте «Репный лог»

Реперные Содержание гумуса, % рНсол

участки 1993 г. 2004 г. 1993 г." 2004 г.

пахот- подпахот- пахот- подпахот- пахот- подпахот- пахот- подпахот-

ный ный ный ный ный ный ный ный

1 4,39 3,33 4,30 4,01 7,87 8,14 7,10 7,39

2 3,79 3,74 4,49 3,88 7,77 7,95 6,57 6,64

3 3,79 3,74 4,50 4,01 7,90 7,84 6,98 7,12

4 4,32 3,93 4,35 3,62 7,71 7,86 7,22 7,14

5 4,77 3,85 4,86 4,41 7,62 6,94 6,41 6,37

6 5,39 5,25 5,10 4,81 7,55 7,70 6,38 7,21

7 3,53 2,74 4,18 3,95 7,88 8,31 7,36 7,44

8 5,16 4,57 4,86 4,59 7,54 7,73 6,94 6,71

X 4,39 3,89 4,58 4,16 7,73 7,81 6,83 7,04

8, 0,68 0,76 0,32 0,40 0,15 0,41 0,35 0,37

V, % 15,40 19,40 7,07 9,66 1,92 5,21 5,06 5,20

X - среднее арифметическое, Бх - стандартное отклонение, V, % - коффициент вариации.

* - Котлярова, 2004

Снижение содержания гумуса как в пахотном, так и в подпахотном слоях, соответственно на 0,29 и 0,44 %, на реперном участке №6, расположенном в равнинных условиях, связано с интенсивным выносом высокопродуктивными культурами элементов питания, который не компенсировался внесением органических и минеральных удобрений в эти годы.

На смытых почвах вынос элементов питания выращиваемыми там культурами травопольного севооборота ввиду несколько меньшей, чем на равнине, урожайности, был ниже. Вместе с сокращением потерь почвы за счет снижения интенсивности эрозионных процессов это позволило не только стабилизировать

уровень плодородия этих почв, но и добиться некоторого увеличения запасов гумуса (участки 1-5) - от 0,6 до 10,6 % от исходного содержания в 1993 году (табл. 3).

Таблица 3 - Изменение запасов гумуса в пахотном и подпахотном слоях ночвы (0-40 см) на объекте «Репный лог» за период с 1993 по 2004 гг., т/га

Репер- ные участки Почвы Запасы гумуса в 1993 г. %к контролю Запасы гумуса в 2004 г. % к контролю

1 Чернозем типичный карбонатный слабо-смытый глинистый 193 72,6 196 79,0

2 Чернозем типичный карбонатный средне-мощный слабосмытый глинистый 188 70,7 198 79,8

3 Чернозем типичный карбонатный средне-мощный среднесмытый глинистый 188 70,7 208 83,9

4 Чернозем типичный карбонатный средне-мощный слабосмытый глинистый 206 77,4 208 83,9

5 Чернозем типичный слабосолонцеватый легкоглинистый 217 81,6 228 91,9

6 Чернозем типичный среднемощный легкоглинистый (контроль) 266 100,0 248 100,0

7 Чернозем типичный карбонатный средне-смытый глинистый 157 59,0 140 58,9

8 Чернозем выщелоченный среднемощный легкоглинистый 239 89,8 228 91,9

В среднем по объекту 206,7 77,7 206,8 83,7

В результате развития эрозионных процессов на карбонатных почвах происходит их подщелачивание. В 1993 году в пахотном и подпахотном слоях рН достигал величины от 6,94 до 8,31. Сокращение же эрозионных процессов и восстановление плодородия почв обусловило смещение реакции среды почв к нейтральной. В тех же слоях почвы в 2004 году показатель рН находился в пределах от 6,37 до 7,44. Что свидетельствует об окультуривании карбонатных почв объекта, характерных для юго-востока Белгородской области.

Таким образом, создание системы защитных лесных насаждений и их развитие с течением времени приводит к предотвращению эрозионных потерь и восстановлению плодородия эродированных почв.

Влияние лесных полос на содержание гумуса и элементов питания в зависимости от рельефных условий. Изучение влияния рельефных условий на содержание гумуса и элементов питания в системах лесных полос проводили на полигоне «Красногвардейский». Объект включает склоны южной и северной экспозиции значительной крутизны и перепад высот более 50 м.

Содержание гумуса зависит, прежде всего, от экспозиции склона. Наибольшее содержание гумуса отмечено на склоне северной экспозиции в лесных полосах - 3,92 %, в то время как на склоне южной экспозиции и водоразделе содержание гумуса было несколько меньше - в среднем 2,7 % на полях и 3,4 % в лесных полосах (табл. 4).

Таблица 4 - Результаты химического анализа почвенных образцов (в среднем по слою 0-40 см), 2004 г.

Объекты Гумус, % Азот легко-гидроли-зуемый, мг/кг Фосфор (по Чирикову), Р2О5, мг/кг Калий (по Чирикову), К2О, мг/кг рн

Поля на склоне южной экспозиции 2,78 107,2 91,0 85,0 6,35

Поле на водоразделе 2,68 106,7 162,0 174,7 6,99

Поля на склоне северной экспозиции 3,13 111,9 166,0 156,2 6,95

Лесные полосы на склоне южной экспозиции 3,49 112,0 84,0 87,0 7,21

Лесная полоса на водоразделе 3,55 114,1 135,7 253,7 6,64

Лесные полосы на склоне северной экспозиции 3,92 116,8 164,4 154,0 6,64

В целом по склону северной экспозиции содержание гумуса оказалось на 0,4 % выше, чем по склону южной экспозиции и водоразделу, причем данная закономерность прослеживается как в лесных полосах, так и па межполосных пространствах. Это связано с тем, что на склоне северной экспозиции менее интенсивно протекают эрозионные процессы.

В тоже время необходимо отметить, что в лесных полосах гумуса содержится больше, чем в межполосном пространстве. Причем эта разница, а она составляет 0,7-0,9 %, превышает наблюдаемое отличие по этому показателю между южным и северным склоном. Очевидно, лесные полосы являются фактором накопления гумуса в почвах объекта.

Содержание лсгкогидролизуемого азота в слое почвы 0-40 см оставалось практически неизменным вне зависимости от экспозиции склона и элемента ландшафта (поле или лесная полоса). Содержание подвижного фосфора на склоне южной экспозиции соответственно ниже в 1,6-1,8 раза, чем на водоразделе и в 1,8-2,0 раза - чем на склоне северной экспозиции; обменного калия - в 2,0-2,9 и 1,8 раза соответственно.

Таким образом, несмотря на отмечаемые различия по содержанию в почвах гумуса и элементов питания в зависимости от экспозиции склонов, следует признать, что системы лесных полос являются фактором окультуривания почв в сложных рельефных условиях.

Наблюдаемые положительные тенденции изменения плодородия почв модельных объектов согласуются с гумусовым состоянием почв Красногвардейского района в целом. По данным агрохимических обследований ФГУ «ЦАС «Белгородский», содержание гумуса в течение последних 25 лет (19832008) - период освоения ландшафтных систем земледелия - увеличилось с 4,8 до 5,2 % (Лукин, 2010). Особенно показательно это при сравнении с гумусовым состоянием двух соседних районов - Валуйского и Вейделевского за тот же период времени.

Так, в начальный период содержание гумуса в Красногвардейском районе было таким же, как и в Валуйском - 4,8 %, а в Вейделевском - 5,2 %. Однако уже в первые годы освоения ландшафтных систем земледелия в Красногвардейском районе наблюдается постепенное повышение его содержания. В настоящее время, по результатам VIII тура обследований (2004-2008 гг.), средневзвешенное значение содержания гумуса в Красногвардейском районе составляет 5,2 %, что на 0,5 % выше, чем по Валуйскому району и равно аналогичному показателю по Вейделевскому району, изначально превосходившему соседние. Следует отметить и тот факт, что сохранению гумусового состояния почв Вейделевского района в немалой степени способствовало успешное освоение в ряде хозяйств (в частности, ЗАО «Должанское») ландшафтных систем земледелия, по примеру соседнего Красногвардейского района.

Содержание тяжелых металлов в почвах и растениях. Влияние лесных полос на содержание тяжелых металлов в почвах изучалось на объекте «Репный лог». Отбор почвенных образцов проводили по тем же рсперным разрезам, что и все остальные исследования.

Содержание свинца, как в пахотном, так и в подпахотном слоях, с 1993 по 2004 гг. увеличилось в среднем в 1,8 раза. Увеличение содержания кадмия за рассматриваемый период было незначительным и наблюдалось только в пахотном слое (с 0,24 до 0,32 мг/кг абсолютно сухой почвы). Следует отметить, что и в первом, и во втором случае содержание металлов было многократно ниже предельно допустимых концентраций.

Снижение содержания меди наблюдалось как в пахотном (с 12,5 до 7,0 мг/кг абсолютно сухой почвы), так и в подпахотном слоях (с 12,3 до 6,2 мг/кг). В среднем, содержание меди уменьшилось в 1,8 раза. Также наблюдалось значительное снижение содержания марганца в пахотном слое - в 1,7 раза, и менее значительное - в подпахотном слое почвы (с 27,1 до 22,3 мг/кг).

Определение содержания серы в почвах показало закономерное возрастание ее количества от верхнего слоя почвы к нижнему. Наибольшее количество серы находилось в подпахотном и более нижних слоях (также в пределах ПДК).

Содержание тяжелых металлов в растительных образцах в целом не превышает ориентировочно допустимые концентрации. Лишь в отдельных случаях наблюдалось незначительное превышение ОДК по меди и свинцу.

Таким образом, за исследуемый период в зоне влияния лесных полос содержание тяжелых металлов в пахотном и подпахотном слоях почвы изменялось как в сторону увеличения (свинец и кадмий), так и снижения (медь и марганец), однако значения этих показателей были существенно ниже ПДК. Содержание тяжелых металлов в растительных образцах в целом не превышало ОДК. Очевидно, влияние системы лесных полос на динамику тяжелых металлов несущественно.

4. ПРОДУКТИВНОСТЬ ЛГРОЭКОСТИСТЕМ ПОД ВЛИЯНИЕМ ПРОТИВОЭРОЗИОННОГО КОМПЛЕКСА Урожайность сельскохозяйственных культур. Урожайность сельскохозяйственных культур является основным показателем, характеризующим всю совокупность агрофизических, агрохимических и биологических свойств почвы, она отражает уровень эффективности того или иного агротехнического приема и в целом всей системы земледелия.

Оценка урожайности основных сельскохозяйственных культур Красногвардейского района проводилась в сравнении с соседними районами - Валуй-ским и Вейделевским. В начальный период освоения ландшафтной системы земледелия в Красногвардейском районе (1981-1985 гг.) средняя урожайность зерновых во всех сравниваемых районах была практически одинаковой - 1,631,67 т/га (табл. 5). Причем отклонение по годам от средней величины по Валуй-скому и Вейделевскому районам составляло примерно 20-25%, а по Красногвардейскому, где условия были более сложными, колебания урожайности составляли 43-47%.

Таблица 5 - Динамика урожайности зерновых культур в восточных районах Белгородской области за 1981-2007 гт., т/га

Районы

Года Урожайность Красногвардейский Валуйский Всйделевский

1981-1985 средняя по району 1,63 1,67 1,64

О/ - +0,04 •+0,01

1986-1990 средняя по району 2,87 2,44 2,55

Ок - -0,43 -0,32

1991-1995 средняя по району 2,42 2,09 2,24

Ок - -0,33 -0,18

1996-2000 средняя по району 1,99 1,37 1,60

Ок - -0,62 -0,39

2001-2005 средняя по району 2,32 2,09 2,55

Ок - -0,23 +0,23

2006-2007 средняя по району 2,18 1,75 1,93

Ок - -0,43 -0,25

1981-2007 средняя по району 2,24 1,92 2,10

Ок - -0,32 -0,14

*Ок- отклонение от урожайности в Красногвардейском районе

Через десять лет с начала освоения ландшафтной системы земледелия в Красногвардейском районе темпы роста урожайности в Красногвардейском районе составили 7,5 % в год, в соседних районах - 4-5 %. Колебания урожайности по годам в соседних районах остались на прежнем уровне, тогда как в Красногвардейском районе они снизились до 13-16 %. Таким образом, хозяйства стали получать не только высокие, по и стабильные урожаи.

В последующие годы, когда использовалось фактически только потенциальное плодородие почв, значение ландшафтной системы земледелия еще более возросло. К 2000 г. разница составила 0,4-0,6 т/га.

Превышение урожайности зерновых культур в среднем за исследуемый период по Красногвардейскому району, в сравнении с районами, находящимися в аналогичных условиях, но без ландшафтных систем земледелия, составило до 0,3 т/га.

Еще более значительны отличия в урожайности по отдельным культурам. Так, доля снижения урожайности ячменя, в сравнении с Красногвардейским районом, в собственном урожае Валуйского района составила 118 %: собственная урожайность - 0,79 т/га, а снижение по отношению к урожайности в ландшафтной системе Красногвардейского района - 0,93 т/га.

С целью сохранения почвенного плодородия в хозяйствах Красногвардейского района были введены травопольные севообороты, которые являются составной частью ландшафтных систем земледелия. Склоны крутизной более 5° были отведены под постоянные посевы многолетних трав, которые стали занимать в структуре посевных площадей около 20 %. Залужеиие склонов позволило поднять их продуктивность с 0,4-1,0 т/га сена низкого качества до 4,0-5,0 т/га сена сеяных многолетних трав, сбалансированных по содержанию переваримого протеина. В последние годы урожайность их стабилизировалась на уровне 2,0-2,5 т/га, что существенно превысило продуктивность естественных сенокосов (табл. 6).

Таблица 6 - Продуктивность сенокосных угодий в хозяйствах Красногвардейского района, в среднем за 2004-2007 гг.

№ п/п Участок Травосмесь Биомасса травостоя, т/га Урожайность сена, т/га

1 Реперный участок 1 («Репный лог») разнотравье 5,4 1,92

2 Реперный участок 2 («Репный лог») кострец + эспарцет (3 г.п.) 5,5 2,28

3 Реперный участок 7 («Репный лог») вико-овес 9,3 2,89

4 Реперный участок 8 («Репный лог») вико-овес 10,1 3,23

5 Реперные участки 4-6 (в среднем) -полигон «Красногвардейский» озимая рожь на зеленый корм 8,7 -

б Реперные участки 10-12 (в среднем) -полигон «Красногвардейский» озимая рожь на зеленый корм 8,9 -

7 Реперные участки 16-18 (в среднем) -полигон «Красногвардейский» разнотравье (молодая залежь) 5,6 1,68

8 Реперные участки 40-42 (в среднем) -полигон «Красногвардейский» разнотравье 5,7 1,79

НСР05 1,1 0,32

*- с учетом массы корневых остатков

Биомасса травянистой растительности оказалась наибольшей на участках под сеяными травами: биомасса вико-овсяной смеси в среднем составила 9,7 т/га, озимой ржи - 8,8 т/га; в то время как наименьшей она оказалась на участках с естественным травостоем - 5,4 т/га на объекте «Репный лог» и 5,6 т/га -на полигоне «Красногвардейский». Аналогичная картина наблюдалась и по урожайности сена - у сеяных травосмесей она оказалась в среднем в 1,4 раза выше.

По качественным показателям естественные и сеяные травостои также заметно отличались. Качество сена естественных угодий существенно уступало качеству сена сеяных травосмесей: оно имело класс качества не выше 3, а чаще было и вовсе неклассным. Качество сена сеяных травосмесей было гораздо выше — 1-2 класс.

Сено естественного разнотравья отличалось более высоким содержанием клетчатки - в среднем 38% (у сеяных травосмесей около 30 %), а иереваримого протеина в нем было на 25 % меньше. Как следствие, содержание кормовых единиц в 1 кг сена из разнотравья составило 0,41, в то время как для сена сеяных трав этот показатель был в 1,3 раза выше и составлял 0,55. Количество обменной энергии в сене сеяных трав было также несколько выше, чем в сене разнотравья, - соответственно 7,0 и 6,6 МДж/кг.

Таким образом, как показывают расчеты, 100 га сеяных травосмесей эквивалентны по своей кормовой ценности 134 га естественных сенокосов.

Влияние системы лесных полос на биологическую продуктивность агроэкосистем. Исследования проводили на полигоне «Красногвардейский». Объектами исследований являлись озимая пшеница и подсолнечник. Учитывали урожайность и биологическую продуктивность этих культур.

Минимальное количество биомассы озимой пшеницы было отмечено в центральной части полей (в среднем 9 т/га), то же самое можно сказать и об урожайности, которая в центре поля составила 3,50 т/га, в то время как в 15 м к северу и к югу от лесных полос она была сущес твенно выше - на 0,5 и 0,9 т/га соответственно (табл. 7).

Таблица 7 - Продуктивность озимой пшеницы в системе полезащитных лесных насаждений (полигон «Красногвардейский»), сорт — Одесская 267, в среднем за 2004-2006 гг.

Участок Биомасса, т/га Урожайность, т/га Выход основной продукции, %

15 м к северу от лесных полос 9,81 4,00 40,4

центры полей 9,00 3,50 38,5

15 м к югу от лесных полос 10,24 4,37 41,9

НСР05 1,41 0,40 3,37

* - в пересчете на воздушно-сухую массу

В наибольшей степени на урожайность повлияла густота посевов - в 15 м от лесных полос она была в среднем на 43 шт./м2 больше, чем в центральных

частях межполосного пространства. Это объясняется условиями перезимовки: в начальный период зимы около лесных полос снежный покров был мощнее, что способствовало лучшей, чем в центре поля, сохранности растений.

Влияние лесных полос на продуктивность озимой пшеницы подтверждается высоким значением коэффициента корреляции между урожайностью культуры и запасами влаги в почве после таяния снега (г = 0,97).

Похожая картина сложилась и в посевах подсолнечника. Как и в случае с озимой пшеницей, биомасса и урожайность в центрах полей была существенно ниже, чем в 15 м от лесных полос. Это прослеживается и по биометрическим показателям. Однако четкой зависимости урожайности подсолнечника от запасов влаги в почве после таяния снега не установлено (г = -0,23). Это указывает на то, что для подсолнечника весенние запасы влаги, не являются определяющими.

Ландшафтные системы земледелия, созданные в Красногвардейском районе Белгородской области, не только способствовали повышению урожайности сельскохозяйственных культур, но и позволили существенно повысить биологическую емкость ландшафтов (табл. 8).

До освоения противоэрозионпых мероприятий объем надземной биомассы, получаемой в отрасли растениеводства на площади 92,5 тыс. га, составлял 302 тыс. тонн сухого вещества.

Таблица 8 - Изменение объема надземной биомассы при освоении противоэро-зионных мероприятий в Красногвардейском районе Белгородской области

Показатель Биомасса, тыс. тони сухого вещества

1. До освоения противоэрозионных мероприятий (растениеводство) 302

2. При освоении противоэрозионных мероприятий (растениеводство, исключая площадь пашни под лесными полосами) 489

3. Лесные насаждения 435

4. Травянистая растительность 19

Итого при освоении противоэрозионных мероприятий 943

При освоении противоэрозионных мероприятий объем надземной биомассы увеличился до 489 тыс. тонн, что связано с повышением урожайности сельскохозяйственных культур, ввиду создания более благоприятных условий для их роста и развития. Площадь пашни при этом несколько уменьшилась, так как часть ее (около 8700 га) заняли лесные насаждения, биомасса надземной части которых составила 435 тыс. тонн. Масса травянистой растительности в лесных полосах и на опушках достигла 19 тыс. тонн.

Таким образом, в результате освоения противоэрозионных мероприятий общая биомасса растительности в Красногвардейском районе увеличилась в 3,1 раза и достигла 943 тыс. тонн.

Расширение биологического разнообразия под влиянием противоэро-зионных мероприятий. Флористический состав оценивался по результатам геоботанического описания системы лесных полос Красногвардейского полигона. Количество видов травянистой растительности в лесополосах изменялось в зависимости от возраста лесных насаждений и видового состава в межполосном пространстве, экспозиции склона.

Наименьшее видовое разнообразие отмечено на участке молодой залежи -всего 19 видов, большинство из которых относятся к рудеральным (табл. 9).

Таблица 9 — Характеристика видового состава травянистой растительности угодий (полигон «Красногвардейский»), 2004-2006 гг.

Сообщество Общее количество видов Биомасса, т/'га

1 лесополоса (береза + акация), возраст около 15 лет 36 10,1

2 лесополоса (береза), возраст около 20 лет 34 8,5

3 лесополоса (береза), возраст около 20 лет 33 7,7

4 лесополоса (тополь), возраст около 15 лет 42 9,1

5 лесополоса (дуб), возраст более 55 лет 52 9,5

6 лесополоса (береза), возраст около 15 лет 32 5,9

7 лесополоса, возраст около 20 лет 26 4,3

молодая залежь (2-4 года) 19 4,5

участок естественной растительности 30 4,3

Видовое разнообразие участка естественной растительности было на уровне, отмеченном в лесных полосах поздней посадки — 30 видов. Наибольшее количество видов отмечено в старовозрастной дубовой лесополосе - 52 вида. Расширение видового разнообразия в лесных полосах происходило преимущественно за счет лесных и опушечно-лесных видов. Всего же на объекте было отмечено 96 видов травянистых растений.

Следует отметить, что в лесных полосах южного склона число видов и масса травостоя были больше в 1,3 и 1,5 раза, соответственно, чем в полосах того же возраста на склоне северной экспозиции. Очевидно, что более благоприятные условия для роста и развития травянистой растительности складываются на склоне южной экспозиции.

За годы наблюдений на опушках лесных полос травянистая растительность развивалась гораздо интенсивнее, чем в самой лесной полосе, где конкуренция с древесной растительностью более жесткая. В среднем, по всем изученным лесным полосам сухая масса травостоя на опушках была в два раза выше, чем внутри лесных полос.

Таким образом, лесные полосы способствуют расширению видового разнообразия растительности агроландшафта не только за счет породного состава деревьев и кустарников, из которых они сформированы, но и благодаря появлению в них видов травянистой растительности, в том числе лесных и опушечно-лесных.

Распределение эптомофауны в системе лесных насаждений. С целью изучения закономерностей распространения энтомофагов в агроландшафте на полигоне «Красногвардейский» были проведены исследования, в ходе которых произведен учет численности, а также определен видовой состав насекомых.

Всего в лесных насаждениях и межполосных пространствах было отмечено 34 вида насекомых. Часто встречающимися из энтомофагов были мягко-телки, пауки, перепончатокрылые паразиты, божьи коровки. Наибольшее их количество наблюдалось именно в лесных полосах — 6-16 экз./10 взмахов стандартного энтомологического сачка, тогда как в центре поля - 3, что свидетельствует о положительной роли лесной полосы как местообитания для полезных насекомых и источника сдерживающего фактора распространения вредителей сельскохозяйственных культур. На это указывает и анализ распространения на изучаемом объекте вредных видов насекомых.

Поле с соответствующей культурой способствовало более плотному заселению опушек и самой лесной полосы основными вредителями сельскохозяйственных культур. Например, на полях количество трипсов в среднем составляло 74 экз./10 взмахов, на опушках лесополос — до 52, а в их центре только 30 экземпляров. Аналогичная закономерность наблюдается по мухам злаковым. Более равномерным было заселение лесных полос и полей тлей (табл. 10).

Таблица 10 - Численность фитофагов и энтомофагов в системе лесных полос (в среднем за 2004-2006 гг.), экз./10 взмахов энтомологического сачка

Сообщество Фитофаги Энтомофаги

трипсы тли злаковые мухи

поле 15 м к северу от лесной полосы 66 6 11 5

центр 81 10 25 3

15 м к югу от лесной полосы 74 12 16 10

лесная полоса южная опушка 52 10 18 16

внутри лесной полосы 30 7 6 6

северная опушка 32 6 11 11

Подавляющее большинство фитофагов встречались в незначительных количествах (ниже порога вредоносности), следовательно, их отрицательное влияние на возделываемые на соседних полях сельскохозяйственные культуры было невелико.

5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОСВОЕНИЯ ПРОТИ-ВОЭРОЗИОННОГО КОМПЛЕКСА

Основные материальные затраты на освоение противоэрозионных мероприятий в Красногвардейском районе приходились на 1982-1990 годы, когда был выполнен главный объем работ, и составили по ценам 1988 года 4598,8 тыс. руб.

Учитывая что стоимость 1 ц зерна озимой пшеницы в 1985 г. была 23,0 руб. (Рекомендации..., 1981), затраты на внедрение были эквивалентны в стоимостном выражении 4598,8 тыс. руб. / 23 руб. = 199948 ц зерна озимой пшеницы, что в современных ценах составляет 99,974 млн. руб. (или соответственно, 22216 ц и 11,108 млн. руб. ежегодно).

Экономическая оценка прибавки урожая основных сельскохозяйственных культур в Красногвардейском районе по сравнению с Валуйским, показала, что внедрение системы земледелия нового типа обеспечило ежегодное получение дополнительной прибавки урожая на сумму 97,6 млн. руб./год па площади 46,8 тыс. га.

Таблица 11 - Эффективность противоэрозиопных мероприятий в Красногвардейском районе Белгородской области, 2007 г.

Культуры Площадь, га Средняя прибавка урожайности в сравнении с Валуйским районом, т'га Стоимость 1 'Г продукции, руб. Стоимость прибавки урожая со всей площади, млн. руб.

Зерновые и зернобобовые 38342 0,43 3500 1100 57,7 25,9

Сахарная свёкла 4338 5,43

Кукуруза Fia сршос и зеленый корм 4106 3,40 1000 14,0

Всего 46786 - - 97,6

Высока экономическая эффективность противоэрозионных мероприятий в плане защиты почв от эрозии. Ежегодные потери гумуса в Красногвардейском районе Белгородской области до начала освоения достигали 1 т/га (Кот-лярова, 1995). Эквивалентное количество подстилочного навоза для компенсации таких потерь составляет 12,5 т/га ежегодно или в пересчете на всю площадь пашни района - почти 1,2 млн. т. Затраты на внесение 1 тонны подстилочного навоза составляют в среднем 420 рублей. Таким образом, ежегодно для восстановления плодородия почвы на всей территории района необходимы затраты в размере: 1156,3 тыс. т * 420 руб. = 485,6 млн. рублей.

Поскольку в настоящее время потери гумуса в Красногвардейском районе практически приостановлены, то можно говорить о суммарном экономическом эффекте противоэрозионных мероприятий за счет получения прибавки урожая возделываемых культур и экономии затрат на восстановление почвенного плодородия: 97,6 млн. руб. + 485,6 млн. руб. = 583,2 млн. руб./год.

Таким образом, на каждый гектар пашни ежегодно приходится 6305 рублей, что говорит о значительном экономическом эффекте освоенных противоэрозионных мероприятий.

выводы

1. Система защитных лесных насаждений, созданная на всей площади водосборов Красногвардейского района Белгородской области, продемонстрировала высокую эколого-экономическую эффективность в предотвращении потерь влаги, повышения плодородия почв, продуктивности агроландшафтов и развитии живых систем.

2. В условиях сложного эрозионно-опасного рельефа лесные полосы обеспечивали равномерное распределение снега в межполосном пространстве и снижение потерь влаги на сток, который составил на полях в среднем 35 мм, что лишь немногим больше аналогичного показателя в лесных полосах — 30 мм.

3. Системы защитных лесных насаждений не только позволили прекратить интенсивное развитие эрозионных процессов, но и способствовали повышению плодородия почв. Установлено, что за период с 1993 по 2004 г. на объекте «Репный лог» содержание гумуса в пахотном и подпахотном горизонтах почв увеличилось в среднем на 0,2-0,3 % (абс.).

4. Снижение интенсивности эрозионных процессов и восстановление содержания органического вещества па карбонатных черноземах приостановило их подщелачивание, привело к смещению реакции среды к нейтральной - с рН 6,85-8,60 в 1993 году до рН 6,37-7,44 в 2004.

5. Создание системы лесных полос позволило повысить продуктивность сельскохозяйственных культур за счет формирования более благоприятных для их развития условий, которые обусловлены, в первую очередь, предотвращением эрозионных потерь, улучшением питательного режима почв и снижением непродуктивных потерь влаги. Урожайность зерновых культур в среднем по Красногвардейскому району в сравнении с районами, находящимися в аналогичных условиях, но без ландшафтных систем земледелия, выше до 0,3 т/га, а в отдельные годы - на 0,6 т/га. По отдельным культурам различия урожайности еще более значительны. Возросла и стабильность получения продукции растениеводства - вариабельность урожайности по годам снизилась с 43-47 до 1316%.

6. Флористический состав зависит от характера компонентов преобразованных агроландшафтов, при этом в растительных сообществах молодой залежи и участка естественной растительности полигона «Красногвардейский» преобладают рудеральные виды. Расширение видового разнообразия происходило за счет лесных и опушечпо-лесных видов в лесных полосах. Наибольшее видовое разнообразие наблюдалось в старовозрастной (более 55 лет) лесной полосе — 52 вида, в то время как в лесных полосах более поздней посадки - в среднем 37 видов, при общем количестве травянистых растений на стационаре 96 видов.

7. Лесные полосы не служат резервациями для фитофагов. Наоборот, на опушках лесных полос концентрируется основное количество энтомофагов -11-16 особей /10 взмахов сачка, способствующих эффективному регулированию численности вредных видов, тогда как в центре поля только 3.

8. Освоение почвозащитного комплекса обеспечило Красногвардейскому району ежегодное получение дополнительной прибавки урожая на сумму

97,6 млн. руб./год на площади 46,8 тыс. га. Экономия затрат на восстановление почвенного плодородия составила 485,6 млн. руб. Таким образом, суммарный эффект па каждый гектар пашни ежегодно составил 6305 рублей, что сравнимо с прибылью в передовых хозяйствах.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. С целью предотвращения развития эрозионных процессов и создания экологически устойчивых высокопродуктивных агроландшафтов в условиях эрозионно-опасных районов Центрального Черноземья целесообразно на всей площади водосборов создавать завершенные системы защитных лесных насаждений, обеспечивающих годовой экономический эффект более 6 тыс. рублей на 1 га.

2. При планировании мероприятий по борьбе с фитофагами следует учитывать количествепно-видовой состав энтомофагов в лесных полосах и на прилегающих полях, так как они способны эффективно регулировать популяции насекомых-вредителей.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Котлярова О.Г. Распределение зимних осадков в ландшафтных системах земледелия / О.Г. Котлярова, С.А. Линков // Земледелие. - 2007. -- №4. - С. 2-3.

2. Котлярова О.Г. Расширение биологической емкости агроландшафтов при освоении адаптивно-ландшафтных систем земледелия / О.Г. Котлярова, Е.Г. Котлярова, С.А. Липков //Земледелие. -2008. -№6. - С. 11-12.

3. Линков НА. Изменение водопотребления озимой пшеницы и запасов продуктивной влаги под влиянием севооборотов, способов основной обработки почвы и удобрений / H.A. Линков, С.А. Линков, A.B. Акинчин, Л.Н. Кузнецова // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. - 2012. —№ 6. - С. 47-48.

4. Котлярова Е.Г. К вопросу об экономической эффективности ландшафтных систем земледелия / Е.Г. Котлярова, А.И. Титовская, A.B. Акинчин, С.А. Липков // Научное обозрение. -2013. --№8. - С. 12-15.

Публикации в прочих изданиях:

5. Котлярова О.Г. Расширение биологической емкости агроландшафтов при введении ландшафтных систем земледелия / О.Г. Котлярова, С.А. Липков // Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения / Материалы 7-й международной научно-производственной конференции. - Белгород, 2003. - БГСХА. - С. 25.

6. Линков С.А. Влияние лесных насаждений на распространение энтомофауны / С.А. Линков, О.Г. Котлярова // Бюллетень научных работ / Выпуск 5. - Белгород, 2006. -БелГСХА. - С. 9-12.

7. Линков С.А. Ангропогешюе формирование экологически устойчивых агроландшафтов / С.А. Линков, H.A. Линков, О.Г. Котлярова // Материалы международной студенческой научной конференции. - Белгород: Издательство Белгородской ГСХА, 2006. - С. 15.

8. Линков С.А. Эффективность использования ландшафтных систем земледелия / С.А. Линков, О.Г. Котлярова, H.A. Линков // Перспективные направления развития АПК / Материалы 43-й студенческой научной конференции. - Великие Луки: Издательство РИО ФГОУ ВПО «Великолукская ГСХА», 2007. - С. 12-15.

9. Линков С.А. Влияние ландшафтных систем земледелия на распределение зимних осадков / С.А. Линков, О.Г. Котлярова, H.A. Линков. — Бюллетень научных работ / Выпуск 8. - Белгород, 2007. - БелГСХА. - С. 11-16.

10. Линков С.А. Влияние ландшафтных систем земледелия на плодородие почв / С.А. Линков // Бюллетень научных работ / Выпуск 9. - Белгород, 2007. - С. 25-27.

11. Котлярова О.Г. Влияние ландшафтных систем земледелия на расширение биологической емкости и разнообразие агролаидшафтов / О.Г. Котлярова, H.A. Линков, С.А. Линков // Бюллетень научных работ / Выпуск 9. - Белгород, 2007. - С. 28-33.

12. Котлярова О.Г. Экологическая роль ландшафтных систем земледелия / О.Г. Котлярова, С.А. Лииков, H.A. Линков // Бюллетень научных работ/ Выпуск 10. - Белгород, 2007. -С. 3-5.

13. Линков С.А. Перспективы освоения ландшафтных систем земледелия в Белгородской области / С.А. Линков // Бюллетень научных работ / Выпуск 10. - Белгород, 2007. -С. 6-8.

14. Котлярова Е.Г. Производительность агрегатов в ландшафтном земледелии // Е.Г. Котлярова, С.А. Линков // Материалы XII научно-производственной конференции. -Белгород: Издательство Белгородской ГСХА, 2008. - С. 55.

15. Котлярова Е.Г. Производительность агрегатов при контурной организации территории / Е.Г. Котлярова, С.А. Линков // Интенсификация, ресурсосбережение и охрана почв в адаптивно-ландшафтных системах земледелия / Сборник докладов Международной научно-практической конференции ГНУ ВНИИЗиЗПЭ 10-12 сентября 2008 года. - Курск, 2008. -С. 289-290.

16. Котлярова О.Г. Изменение показателей плодородия почв в ландшафтных системах земледелия / О.Г. Котлярова, Е.Г. Котлярова, С.А. Линков // Модели автоматизированного проектирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия: Сборник докладов Всероссийской научно-практической конференции, ГНУ ВНИИЗиЗПЭ РАСХН, 14-16 сентября 2010 г. -Курск, 2010,- С. 188-190.

17. Линков H.A. Влияние способов основной обработки почвы и удобрений на водопо-требление озимой пшеницы / H.A. Линков, A.B. Акинчин, С.А. Линков, Л.Н. Кузнецова // Материалы конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения». - Белгород, 2012. - С. 27-31.

Подписано в печать 1.11.2013 г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура Times New Roman. Печать RISO. Объем 1,4 п.л. Тираж 110 экз. Заказ 27/12.

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии "ЗЕБРА" -г. Белгород, ул. Костюкова, 36а, тел. 588-252

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Линков, Сергей Александрович, Белгород

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «БЕЛГОРОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ В.Я. ГОРИНА»

04201452255 Линков Сергей Александрович

Эколого-экономическая эффективность системы лесных полос в ландшафтном земледелии Центрального Черноземья

Специальность 06.01.01 - общее земледелие, растениеводство

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: профессор кафедры земледелия и агрохимии, доктор сельскохозяйственных наук

Е.Г. Котлярова

Белгород-2013

СОДЕРЖАНИЕ

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

ГЛАВА 1. ЛАНДШАФТНОЕ ЗЕМЛЕДЕЛИЕ И ЕГО БИОЛОГИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)...................................................8

1.1. Агролесоценозы, агрохимические и агрофизические свойства почвы в них.................................................................................................................................8

1.2. Микроклиматические условия, распределение осадков, водный режим почв, фитосанитарное состояние посевов, биологическое разнообразие, распространение представителей живых систем в агролесоценозах...................24

1.3. Биологическая продуктивность агроландшафтов под влиянием лесных

полос............................................................................................................................37

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ, МЕТОДИКА И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ...................................................................................................40

2.1. Характеристика Красногвардейского района по степени эродированности почв и урожайности сельскохозяйственных культур до освоения ландшафтных систем земледелия.....................................................................................................40

2.2. Схема опыта и методика его проведения.........................................................49

2.3. Биоклиматическая зона и условия проведения исследований.....................54

3. ВЛИЯНИЕ ЛЕСНЫХ ПОЛОС НА ЗАПАСЫ ВЛАГИ И АГРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ.........................................................62

3.1. Распределение снега, сток талых вод и запасы влаги в почве под влиянием лесных полос..............................................................................................................62

3.2. Изменение содержания гумуса и кислотности почв в пахотном и подпахотном слоях под воздействием системы лесных полос в ландшафтном земледелии..................................................................................................................69

3.3. Влияние лесных полос на содержание гумуса и элементов питания на склонах различной экспозиции полигона «Красногвардейский»........................72

3.4. Содержание тяжелых металлов в почвах и растениях...................................78

✓

4. ПРОДУКТИВНОСТЬ АГРОЭКОСТИСТЕМ ПОД ВЛИЯНИЕМ ПРОТИВОЭРОЗИОННОГО КОМПЛЕКСА..........................................................82

4.1. Урожайность сельскохозяйственных культур.................................................82

4.2. Влияние системы лесных полос на биологическую продуктивность агроэкосистем.............................................................................................................91

4.3. Расширение биологического разнообразия живых систем под влиянием противоэрозионных мероприятий...........................................................................96

4.4. Распределение энтомофауны в системе лесных насаждений......................102

5. ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОСВОЕНИЯ

ЛАНДШАФТНЫХ СИСТЕМ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ.....................................................106

ВЫВОДЫ.................................................................................................................111

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ...................................................................113

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ...............................................114

ПРИЛОЖЕНИЯ.......................................................................................................145

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В настоящее время почвенный покров, да и биосфера в целом, находится под влиянием мощного антропогенного воздействия, в связи с чем почвы теряют плодородие значительными темпами. Одной из главных причин деградации земель является интенсивное развитие эрозионных процессов, особенно в условиях сложного склонового рельефа.

Современное состояние агроландшафтов и, в особенности, почвенного покрова, вызывает необходимость глубокого освоения ландшафтных систем земледелия. Масштаб проблемы требует повышения эффективности использования средств. Одними только противоэрозионными агротехническими мероприятиями, как считают некоторые исследователи, эту проблему вряд ли удастся решить. Необходим весь комплекс почвозащитных мероприятий, особое место в котором занимает система защитных насаждений, выполняющих не только мелиоративные, но и организационные функции в агроландшафтах.

Оценить эколого-экономическую эффективность лесных полос позволяет созданный под руководством академика РАСХН О.Г. Котляровой научно-производственный объект в Красногвардейском районе Белгородской области, где на территории более 130 тыс. га создана завершенная система защитных лесных насаждений.

Цель исследований - оценить влияние системы защитных лесных насаждений на экологическую устойчивость и продуктивность агроландшафтов хозяйств Красногвардейского района Белгородской области.

Задачи исследований:

1. Определить эффективность систем защитных лесных насаждений, как элемента ландшафтных систем земледелия, в условиях склонового эрозионно-опасного рельефа.

2. Оценить влияние лесных полос на элементы водного режима склоновых земель.

3. Изучить влияние системы защитных лесонасаждений на агрохимические показатели плодородия почв.

4. Оценить влияние системы лесных полос на урожайность и качество продукции, биологическую емкость и продуктивность агроландшафтов.

5. Изучить влияние экологического каркаса ландшафтных систем земледелия на развитие и распространение живых систем.

6. Определить экономическую эффективность почвозащитного комплекса преобразованных агроландшафтов.

Научная новизна работы. Впервые в Центрально-Черноземном регионе России доказана перспективность использования системы лесных насаждений для повышения продуктивности сельскохозяйственных культур, сохранения плодородия почв, расширения биологического разнообразия, равномерного распределения осадков в условиях сложного эрозионно-опасного рельефа. Выявлены закономерности влияния систем лесных полос на экологическую устойчивость и продуктивность агроландшафтов в целом.

Установлено, что в системе лесных полос приостанавливается процесс подщелачивания черноземов карбонатных и происходит повышение в них содержания органического вещества.

Практическая значимость работы. Определение эффективности систем лесных полос, как экологического каркаса ландшафтных систем земледелия, в Красногвардейском районе, имевшем наиболее интенсивное проявление эрозионных процессов, позволит успешно использовать их в агроландшафтах других районов Белгородской области и Центрального Черноземья в целом. Было установлено влияние системы полезащитных лесных насаждений на сохранение влаги, восстановление плодородия, повышение устойчивости развития живых систем.

Полученные результаты имеют практическое значение для разработки и совершенствования программ по сохранению плодородия почв и повышения эффективности сельскохозяйственного производства. Выполненная работа до-

казала высокую эффективность системы лесных полос, созданной в Красногвардейском районе Белгородской области.

Положения, выносимые на защиту:

1. Создание системы лесных полос позволяет даже в сложных рельефных условиях на сильно эродированных почвах эффективно предотвращать развитие эрозионных процессов и восстанавливать плодородие почв.

2. Лесные полосы на склонах способствуют равномерному накоплению и распределению снега на прилегающих полях, сохранению влаги в почве.

3. Освоение системы лесных полос позволяет повысить продуктивность отдельных сельскохозяйственных культур и агроландшафтов в целом.

4. Лесные полосы являются фактором расширения видового разнообразия растительности и местообитаниями энтомофагов, контролирующих численность фитофагов на межполосном пространстве.

5. Создание системы защитных лесных насаждений экономически целесообразно в сложившихся условиях рыночной экономики.

Апробация работы. Результаты проведенных исследований докладывались соискателем и получили одобрения на научно-производственных конференциях различного уровня: Белгородская ГСХА (2004-2013 гг.); Великие Луки (2007); Курск (2008, 2010), на заседаниях кафедры земледелия и агрохимии (2004, 2005, 2006), на заседаниях совета агрономического факультета ФГБОУ ВПО «Белгородская ГСХА» (2004, 2005, 2006, 2008, 2010, 2012, 2013).

Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 17 научных работ, в том числе 4 - в ведущих рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 147 страницах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав, выводов, предложений производству, списка использованной литературы, включающего 338 источников, в том числе 12 иностранных. Работа содержит 31 таблицу, 4 рисунка и 3 приложения.

Автор выражает благодарность руководителю доктору сельскохозяйственных наук Котляровой Екатерине Геннадьевне и коллективу кафедры земледелия и агрохимии Белгородской государственной сельскохозяйственной академии имени В.Я. Горина за оказанную помощь в выполнении работы.

ГЛАВА 1. ЛАНДШАФТНОЕ ЗЕМЛЕДЕЛИЕ И ЕГО БИОЛОГИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1. Агролесоценозы, агрохимические и агрофизические свойства почвы в них

Огромен ущерб, наносимый эрозией почв в нашей стране. В настоящее время в России эрозии подвержена почти четверть сельскохозяйственных угодий, что составляет более 50 млн. га. По данным государственного учета земель, в 1990 г. 30,4 % сельскохозяйственных угодий были отнесены к дефляционно-опасным землям, 18,6 % - к землям, подверженным водной эрозии, и 1,5 % — к землям, которые подвержены одновременно и водной, и ветровой эрозии. Для пахотных земель эти значения еще больше, соответственно 35,0; 20,5 и 1,7 % (Прижуков, 1996).

За счет эрозии земель теряется около 25 % продукции (Каштанов, 1984). Общие мировые потери продуктивных земель от эрозии и деградации оцениваются примерно в 6,7 млн. га, а потери плодородного слоя - 24 млн. т ежегодно. Эрозия уносит с полей в 60 раз больше элементов питания растений, чем их поступает с удобрениями. Таким образом, производительность эродированных почв снижается на 35 - 70 % (Беннет, 1958).

По данным Федеральной службы земельного кадастра России, на 1.01.2000 в составе пашни (116 млн. га) эродированных почв - 35 млн. га, эрозионно-опасных - до 50 и подверженных ветровой эрозии - 10 млн. га (Иванов, 2002).

Только на эродированных землях ЦЧР недобор продукции растениеводства ежегодно составляет в пересчете на зерно 12,2 млн. ц (Иванов, 1984). Наличие эродированных почв - одна из основных причин неполного использования биоклиматических ресурсов этого региона.

Традиционное земледелие обедняет внешний облик ландшафта за счет прямоугольных полей, спрямленных русел рек, прямолинейных гидротехнических сооружений и т.д. Высокая консервативность систем ведения сельского хозяйства является главной причиной того, что вся его история сопровождалась

кризисами, в основе которых лежит неспособность существующих систем земледелия обеспечить население продуктами питания. Согласно данным ФАО, за последние 35 лет производство всех видов сельскохозяйственной продукции увеличилось с 3,8 до 6,9 млрд. т, однако количество продовольствия, произведенного при этом в среднем на одного человека, осталось неизменным (1,23 т/чел.) и в настоящее время в мире недоедает половина населения, а четвертая часть голодает (Доклад..., 1992).

Поэтому назрела необходимость в пересмотре стратегии и тактики сельскохозяйственной деятельности. Экологические аспекты новых разработок показывают, что альтернативой индустриальному сельскому хозяйству (прежде всего земледелию) должно стать экологически ориентированное производство - sustainable agriculture (Прижуков, 1996). Основные усилия исследователей должны быть направлены на разработку методов оптимизации агроланд-шафтов, способствующих повышению их продуктивности при сохранении (или повышении) почвенного плодородия и экологической устойчивости.

Плодородные черноземы Белгородской области в настоящий момент подвергаются воздействию неблагоприятных погодных условий (интенсивная водная эрозия с подкислением и окарбоначиванием почв), что усугубляется еще и неправильной обработкой, недостаточным применением органических и минеральных удобрений, в результате чего снижается продуктивность почв и стабильность урожаев (Котлярова, 2004, 2006; Котлярова, Линков, 2007).

На территории Белгородской области наиболее распространенной из всех видов деградаций является эрозия почв. Она приносит громадный экономический и экологический ущерб, так как угрожает самому существованию почвы как основного средства сельскохозяйственного производства. Центральночерноземный регион относится к территориям со сложным рельефом и большой величиной местных базисов эрозии, что вызывает интенсивное развитие эрозионных процессов (Добровольский, 1997). Усиление эрозионной опасности региона подчеркивали С. С. Соболев (1950, 1961), И. Д. Брауде (1965), M. Н. Заславский (1979), Н. К. Шикула (1987). А за последние 20 лет проявле-

ние эрозионных процессов возросло на 15-20 % (Котлярова, 1995).

В ЦЧР подвержено водной эрозии 28,2 % сельскохозяйственных угодий. Из них 57,7 % относится к слабосмытым, 29,7 - к среднесмытым и 12,6 % - к сильносмытым почвам. Сильно развита водная эрозия на пашне. В целом в зоне эродировано 22,5 % площади пашни. Из них 17% составляют слабосмытые почвы, 4,8 % - среднесмытые и только 0,7 % силыюсмытые. Еще более развита эрозия на сенокосах и пастбищах - 43,1 %. По сравнению с пахотными угодьями на лугах и пастбищах 18 % территории имеют сильную степень проявления эрозии. Площадь почв, подверженных дефляции, в зоне составляет 3,1 % всех сельскохозяйственных угодий. При этом потери гумуса составляют 1,0-1,5 т/га в год. Аналогичные данные можно привести и по другим регионам, а также по зарубежным странам: содержание гумуса снизилось на 0,6-2,5 %. При этом значительная часть потерь приходится на эрозионные процессы (Ковда, 1980; Лешков, 1980; Олифер, 1980; Егоров, 1981; Орлов, 1981; Деревянко, Бацулла, Чесняк, 1983). В регионе 115,3 тыс. га занято оврагами, более 12,1% территории - балками, а средний коэффициент расчлененности составляет 1,7 км/км2 (Системауправления плодородием..., 1996).

В связи с тем, что резервы расширения посевных площадей в зоне почти исчерпаны, дальнейший рост производства сельскохозяйственной продукции возможен лишь на основе повышения продуктивности каждого гектара сельскохозяйственных угодий, прекращения эрозионных процессов, сохранения и воспроизводства плодородия почв. Из-за снижения урожайности сельскохозяйственных культур недобор зерна составляет 600 тыс. т. Вместе с почвой теряется в два раза больше питательных веществ, чем их вносится с минеральными удобрениями. В отдельные годы отчуждение сельскохозяйственных угодий за счет роста оврагов составляет от 2 до 9 тыс. га (Котлярова, 1990).

Особую остроту защита почв от эрозии приобрела на территории Белгородской области, где природные условия - склоновый тип местности, ливневый характер выпадения осадков и высокая распаханность - способствуют интенсивному проявлению эрозии. Склоны занимают более 72 % всей площади об-

ласти, в том числе с крутизной более 3°- 30 %. Лишь западные районы области отличаются относительно спокойным рельефом, пашня расположена преимущественно на пространствах с крутизной менее 2°. Вся территория области изрезана сетью речных долин, балок и оврагов, густота которой колеблется от 0,9 до 2,5 км/км", увеличиваясь с северо-запада на юго-восток. Эродированные почвы составляют 53,6 % общей площади области. Наиболее эродированы восточные и юго-восточные районы области: Красногвардейский, Красненский, Алексеевский, Ровеньской и Валуйский, в которых эродированные почвы занимают 60-73 % площади (Соловиченко, 2005; Соловиченко, Уваров, 2008; Лукин, 2010).

Смыв почв резко отрицательно влияет на их производительную способность, так как уменьшение мощности гумусового горизонта на 1 см сопровождается потерей потенциальной продуктивности почв на 1 ц/га зерна, а потеря 10 т/га гумуса - на 2 ц/га (Лука, 1974; Ковда, 1981).

Первым, кто, положив в основу теории почвообразования ландшафтно-почвенные и климатические условия, создал стройную систему практических мер борьбы с засухой и эрозией почв, был великий русский ученый В. В. Докучаев. Немаловажная роль в ней отводилась и агролесомелиоративным мероприятиям (Докучаев, 1948, 1950).

Вопросы почвозащитной организации территории, размещения севооборотов в условиях пересеченного рельефа и созданием на этой основе почвоохранных систем земледелия изучались многими исследователями: К.Д. Глинкой (1921), П.С. Денисовым (1935), A.C. Козьменко (1938), A.M. Панковым (1937), A.A. Роде и В.А. Ковдой (1939), С.С. Соболевым (1948), В.