Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Эколого-почвенная эволюция черноземов Ставропольского плато при современном земледелии

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Эколого-почвенная эволюция черноземов Ставропольского плато при современном земледелии"

§ ё

- Г На правах рукописи

ЛЫСЕНКО ВЕРА ЯРОСЛАВОВНА

Э КОЛО ГО-ПОЧВЕННАЯ ЭВОЛЮЦИЯ ЧЕРНОЗЕМОВ СТАВРОПОЛЬСКОГО ПЛАТО ПРИ СОВРЕМЕННОМ ЗЕМЛЕДЕЛИИ

03.00.16 - экология

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Ставрополь - 1998

Работа выполнена в Ставропольской государственной сельскохозяйственной академии

Научный руководитель

доктор биологических наук, профессор ТЮЛЬПАНОВ В.И.

Официальные оппоненты

доктор сельскохозяйственных наук, сг. научный сотрудник КУПРИЧЕНКОВ М.Т.

кандидат сельскохозяйственных наук, ст. научный сотрудник ПАНКОВ Ю.А.

Ведущее предприятие

Государственный комитет по охране окружающей среды Ставропольского края

Защита состоится «1998 года на заседании диссертационного совета Д 120.53.01 при Ставропольской государственной сельскохозяйственной академии Адрес: 355017 г. Ставрополь, пер. Зоотехнический, 12

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ставропольской государственной сельскохозяйственной академии

Автореферат разослан « 998 года

Ученый секретарь ... . ;

диссертационного совета В.Н. Желтопузов

Актуальность темы. Черноземы - основной объект земле-елия Российской Федерации и Ставропольского края, в частости. Именно на этом типе почв производится около 70% ельскохозяйственной продукции. Понятно, что устойчивость ельскохозяйственного производства, обеспечение населения родовольствием в большой степени зависит от состояния пло-ородия и генезиса этих почв. Антропогенное воздействие яв-яется мощным фактором изменения эволюции почв, способ-ым направить процесс почвообразования в ту или иную, по-10Й нежелательную сторону-, поэтому на передний план высту-[ает мониторинг почвенного плодородия, прогноз его состоя-ия и изменения. Центральная часть Ставропольской возвышенности, или Ставропольское плато, является эрозионно-лювиальным ландшафтом, где почвенный покров представлен 1 разной степени эродированными подтипами черноземов. Они характеризуются преимущественным выносом макро- и микроэлементов поверхностным и фильтрационным стоком, потеря :оторых способствует ухудшению экологических условий воз-(елывания сельскохозяйственных культур, снижению урожай-юсти и качества продукции.

Нормальное состояние любой почвы передается по цепи ючва —» растение —> животные —> человек. Поэтому причины шогих болезней перечисленных организмов запрограммиро-1аны экологическими изменениями почв при интенсификации ¡емледелия. Это и послужило основой исследований диссерта-даонной работы.

Цель и задачи исследований. Целью исследований являюсь изучение современного эколого-почвенного состояния крноземав Ставропольского плато при их интенсивном земледельческом использовании.

В задачу исследований входило:

1. Изучение генетических-особенностей подтипов черноземов Ставропольского плато на современном этапе их развития.

2. Проведение сравнительной галогеохимической оценки »держания основных макро- и микроэлементов в подтипах 1ерноземов.

3. Определение путей поступления и выноса макро- и микроэлементов из пахотного горизонта черноземных почв при интенсивной земледельческой эксплуатации.

4. Определение возможных последствий экологической деградации черноземов на взаимосвязанную систему: продукция растениеводства -> животные —» человек.

5. Разработка путей сохранения и повышения природного плодородия черноземов исследуемого региона.

6. Выдача рекомендаций по корректировке хозяйственной деятельности- в регионе с учетом изменений почвенно-экологических условий эволюции черноземов при дальнейшей интенсификации земледелия.

Научные положения.

1. В черноземах центральной части Ставропольского плато геохимический вынос биогенных элементов преобладает над их биологической аккумуляцией.

• 2. В почвах исследуемого региона отчетливо наметился дефицит подвижных форм макро- и микроэлементов, что является причиной снижения урожайности и качества продукции растениеводства, нарушая обмен веществ у растений, животных и человека.

3. Ранневесенние поверхностные подкормки макроэлементами ведут, к значительным их потерям с поверхностным стоком, вследствие чего этот прием целесообразно исключить из практики удобрений полей.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые на ландшафтной основе проведена комплексная экологическая оценка основных подтипов черноземов, степень их влияния на продуктивность сельскохозяйственных культур и ее качество.

Практическая значимость результатов исследований заключается в необходимости разработки и внедрения для каждого конкретного хозяйства индивидуальной системы экологического земледелия на адаптивно-ландшафтной основе при обязательном обновлении минеральной основы черноземов путем внесения соответствующего набора измельченных полиминеральных горных пород и мелиорантов.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы докладывались на ежегодных научных конференциях агрономического факультета Ставропольской государственной сельскохозяйственной академии в 1987... 1997 годах, на Международной конференции по проблемам ан-

гропогенного почвообразования в 1997 году, в почвенном институте им. В.В. Докучаева.

По теме диссертации опубликовано 11 работ.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 162 ^границах машинописного текста, состоит из введения, 6 глав I выводов. Содержит 10 таблиц и 22 рисунка в тексте, 20 таб-шц в приложении. Список литературы включает 159 источни-сов, в том числе 14 на иностранных языках.

Содержание работы.

1. Обзор литературы.

В главе приводится обзор литературы, касающейся вопросов ) аз вития учения о геохимических ландшафтах и их почвенно-жологических особенностях, содержания макро- и микроэлементов в почвах, их экологического значения по материалам ^следований Полынова (1934), Докучаева (1949), Перелъмана 1975), Глазовской (1976), Ковды (1976), Вернадского (1989), 1упахина (1989), Кирюшина (1993), Роде (1947) и многих уче-

1ЫХ.

2. Место и методы исследований.

В качестве основных объектов исследований послужила руппа черноземных почв Ставропольского плато следующих юдтипов: южных, обыкновенных, типичных, выщелоченных и юлонцевато-слитых. Почвенно-экологическая оценка этих гочв на современном этапе эволюции изучена недостаточно, то и послужило основанием для выбора объектов исследова-шй.

Полевые исследования включали экспедиционные методы □учения свойств черноземов по трем репрезентативным разре-ам каждого подтипа, развитых на генетически различных поч-ообразующих породах, - элювии лессовидных суглинков, из-естняков-ракушечников и сарматских глин, - которые являют-я основными почвообразующими породами почвенного по-рова Ставропольского плато. Черноземы южные изучали на !акалаусском участке Ставропольского плато в СХП Саблинское» Александровского района; обыкновенные в ОПХ Михайловское» и совхозе «Пелагиадский» Шпаковского рай-

она, черноземы типичные в колхозе им. Ворошилова Шпаков-ского района, черноземы выщелоченные и солонцевато-слитые в учхозе СГСХА Шпаковского района.

Стационарный метод был положен в основу изучения влияния химических мелиорантов на плодородие солонцевато-слитого чернозема. Опыт заложен в 1985 году на поле №1 полевого севооборота №3 в учхозе СГСХА.

В соответствии с программой исследований все анализы и наблюдения проводили общепринятыми методами, изложенными в руководствах Аринушкиной (1962, 1970), Комаровой (1956), Вадюниной и Корчагиной (1978, 1986), Александровой и Найденовой (1986^ Кауричева (1980), Кудрявцевой (1949), Доспехова(1985).

.Интерпретация полученных данных проводилась сравнительно аналитическим методом по репрезентативным разрезам черноземных почв эрозионно-элювиального ландшафта. Степень достоверности обобщенных материалов проверялась по результатам их статистической обработки в вычислительном центре академии. Для статистических обработок были использованы следующие параметры: среднее арифметическое значение - Зс; ошибка среднего арифметического значения - 5,; среднее квадратичное отклонение - 5,%; стандартное отклонение -сг, коэффициент варьирования - (;.,%; /„,„ - достоверный интервал колебания; п - объем выборки.

Экспериментальная часть

3. Экологические условия региона Эрозионно-элювиальную ландшафтную зону Центрального Предкавказья занимает Ставропольское плато, которое представляет собой невысокое складчатое поднятие, достигающее в своей юго-западной части высоты 832. м (г. Стрижамент), в юго-восточной - 692 м (г. Брык). Плоские поверхности плато расчленены сетью глубоких котловин, балок, оврагов. В центральной части Ставропольское плато расчленено долиной реки Калаус на два крупных района - Ставропольский и Закала-усский. Река Калаус служит местным базисом эрозии и основной водной артерией, принимающей воды паводкового и лив-

невого стока. Степень эрозионного расчленения исследуемого региона характеризуется следующими показателями; в центральной части Ставропольского поднятия на 1 км площади приходится 0,3-0,4 км длины овражно-балЬчной сети при глубине местных базисов эрозии до 300 м и более, а на периферии на I км 0,2-0,3 км овражно-балочной сети с уменьшением глубины базисов эрозии до 75-100 метров.

Густая и глубокорасчлененная овражно-балочная дренажная сеть обеспечивает, устойчивый вынос растворенных веществ с нисходящими и поверхностными потоками влаги из почвенного покрова плато, что привело к формированию элювиального ландшафта, неумолимому снижению его производящего потенциала с течением времени. Естественно, что это в первую очередь отражается на функциональных свойствах почвенного покрова, а через них на условиях жизни растений, животных и человека.

Ковда В.А. писал, что «технические операции в сельскохозяйственном производстве нельзя выполнять без научного обоснования «на глаз», игнорируя экологическую среду, свойства почв, требования живых организмов, особенности погоды и других условий. Недоучет и недостаточное знание природных условий и особенно почвенного покрова является одной из причин понижения урожаев».

Геологическое строение, Ставропольского плато отличается многообразием состава, слагающих его пород. Самые возвышенные участки плато сверху прикрыты слоем известняков-ракушечников; под которыми лежат слабосцементированные песчаники и глины, отложенные Сарматским морем. Местами в эрбзиощшх понижениях они выходят близко к поверхности и являются почвообразующими (элювий) или подстилающими породами почвенного покрова, где они сверху перекрыты четвертичными лессовидными суглинками. Мощность последних невелика и колеблется от 0,3 до 2-3 метров. Толща чередующихся известняков, песчаников, конгломератов с прослоями глинистых сланцев и глин Ставропольского плато отличается спорадическим распространением подземных вод трещинно- и грещинно-пластового характера, приуроченных к определен-иым водонепроницаемым линзам глинистых пород.

Формирование различных подтипов черноземов Ставропольского плато и многие их свойства испытывают на себе огромное влияние почвообразующей и, часто, подстилающей горной породы,,что связано с, )симическим составом, уложением, мощностью и (ггруктурой той или иной почвообразующей породы (табл. 1). .

' Таблица 1

Валовой химический состав элювия почвообразующщ пород Ставропольского плато, % на прокаленную навеску

Компоненты Известняки- Сарматские Лессовидные

ракушечники глины , суглинки

. п.п.П. 0,85 ...- 8,01 7,08

. Si(): 22,73 , ... 53,08 56,04

А ¡¡О., 1,69 16,07 22,30

1/с,(), 1,63 7,45 11,62

. по. 0,14 0,14 0,66

МпО 0,12 0,08 0,04

СаО 52,49 3,21 2,11

Мф 6,43 2,87 1,51

К,О 0.43 - 3,25 2,92

Na,() 13,35 3,70 0,73

Р,<\ 0,25 0,08 0,05

SrOt . 0,52 1,98 0,26

С/ следы 0,06 0,02

Выполненный нами валовой; анализ химического состава элювия известняков-ракушечников свидетельствует о высоком содержании в них окиси кальция, магния, натрия и фосфора. Высокий карбонатный потенциал способствовал формированию на элювии известняков-ракушечников карбонатного чернозема легкого гранулометрического состава.-Запас карбонатов кальция в элювии лессовидных суглинков и сармаггских глин изначально был значительно Мейбше, а окиси кремния и алюминия выше, чем в известняках, что способствовало достаточно быстрому эволюционному переходу первичных карбонатных черноземов в разряд типичных, выщелоченных и солонцевато-слитых. По гранулометрйческому составу эта группа чер-

ноземов в основном относится к тяжелосуглинистым и глинистым разновидностям^' . ' .

Другой особенностью почвообразующих пород плато является их малая (0,5-3,0 м) мощность, которая способствует сквозному промачиванию почв обильными атмосферными осадками, следовательно, вымыванию из почвенной толщи подвижных продуктов почвообразования. В целом можно отметить, что геоморфологические, геологические и гидрологические особенности Ставропольского плато обусловливают преобладание геохимического выноса над биологической аккумуляцией биогенных элементов.

Климат территории Ставропольского плато характеризуется как умеренно влажный с ГТК 1,1 -1,3. За год в среднем выпадает 623 мм осадков. Максимальное их количество приходится на июнь (90 мм), а минимальное - на февраль (27 мм). Годовой и среднемесячный ход выпадения атмосферных осадков подвержен сильному колебанию. Так, за годы исследований (1986. . . 1992) минимальное количество осадков отмечено в 1986 году - 286,6 мм, а максимальное - 727,7 мм в 1988 году.

4. Современная эколого-почвенная характеристика основных подтипов черноземов Проведенные исследования показали, что все подтипы черноземов имеют как много общего, так и различного в морфологических признаках. Это обусловлено степенью изменения почвообразующйх пород под воздействием различной растительности в условиях однотипного климата,,.рельефа,.времени. Среди общих, признаков можно выделить мощность пахотного горизонта, гранулометрический состав, высокую биргенную активность, просматривающуюся , по наличию биогенных новообразований. Различия по профилю между данными подтипами черноземов представляются более существенными. Среди черноземов, образованных на лессовидных отложениях,, наименее развитый профиль имеет чернозем южный (81 мм).. У черноземов обыкновенных происходит увеличение профиля до 120 см, но без изменения цвета. У черноземов типичных профиль почвы еще более мощный, чем у обыкновенных, и преобладает более темный оттенок, что свидетельствует о наличии

большого количества гумуса. Профиль чернозема выщелоченного такой же мощный, как и у обыкновенного, а у солонцевато-слитого приближается к южному. Карбонаты кальция, по вскипанию от 10% НС1, просматриваются с поверхности у черноземов южном и обыкновенном. В черноземе типичном вскипание наблюдается с глубины 48 см, а в черноземе выщелоченном с глубины 126 см; в черноземе' солонцевагго-слитом с глубины 51 см. В черноземе южном, обыкновенном и выщелоченном почвенные горизонты слабовыражены и имеют переходные горизонты АВ и ВС, в черноземе солонцевато-слитом почвенные горизонты имеют резкую выраженность по уплотнению и структуре и не имеют переходных горизонтов. Иллювиальный горизонт черноземов на лессовидных суглинках ела-, бо отличается по плотности и структуре от верхних к нижним горизонтам. В черноземе солонцевато-слитом эти различия довольно существенны. Черноземы южные, обыкновенные, типичные и выщелоченные имеют благоприятную структуру горизонтов А и В, которую можно характеризовать как призматическую или зернисто-призматическую. Чернозем солонцевато-слитой имеет неблагоприятную структуру почвенного профиля, которую можно характеризовать как комковатую или комковато-глыбистую, особенно в солонцеватом горизонте.

Важнейшим морфологическим признаком черноземов, определяющим биологическую, активность, буферную способность против подкисления и загрязнения тяжелыми металлами, является степень. выщелоченное™ почвенного профиля от СаСД. По. этому признаку исследуемые черноземы представляют следующий убывающий ряд: чернозем южный -> обыкновенный -> типичный -> солонцевато-слитой —> выщелоченный. '

Проведенные исследования по содержанию гумуса в пахот-. ном горизонте показывают, что различные подтипы чернозе-. мов Ставропольского плато отличаются сильным варьированием. Статистический анализ показал, что среднее валовое содержание гумуса в пахотном горизонте южных (х-3,'58;С,. —12), обыкновенных (х-3,18;С;.—28) и типичных (х-3,40,С,.-20) черноземов меньше 4%, в выщелоченных (*-4,82;(;.-10) и солойцева-то-слитых (5-4,86,('г-13) около 5%. В равнинных аналогах Центрального Предкавказья среднее содержание гумуса на 0,31. . . 1.56% выше. Уменьшение этих показателей в черноземах плато

и

объясняется развитием водной эрозии и потерей части валового гумуса вследствие плоскостного смыва поверхностного горизонта. Стабильное содержание гумуса в солонцевато-слитых черноземах, развитых на продуктах выветривания третичных глин, объясняется повышенным содержанием негидролизуемо-го остатка, главным образом органических углей.

Проведенные нами исследования рН водной вытяжки пахотного горизонта различных подтипов черноземов показали, что диапазон колебания рН в карбонатных черноземах находится в пределах 7,2-8,4; типичных - 6,5-8,2; слабо выщелоченных -6,2-7,9; выщелоченных - 6,2-7,0; солонцевато-слитых - 6,4-8,5, при средних статистических показателях 7,79 (С;,=3) в южном, 7,27 (Сг=8) в обыкновенном, 7,14 (С=7) в типичном, 6,16 (б;,=1,5) в выщелоченном и 7,69 (С=9) в солонцевато-слитом подтипах. Исследования свидетельствуют о неуклонном сдвиге рН в сторону подкисления от южного к выщелоченному подтипу черноземов. В солонцевато-слитых черноземах среднестатистические показатели рН близки к таковым у южных черноземов, что объясняется особенностью их почвообразующей породы, содержащей большой запас щелочных алюмосиликатов.

Многолетние исследования показали, что основные запасы почвенного азота сосредоточены в биомассе отмерших микроорганизмов и растений, которые недоступны растениям без предварительной их минерализации. В различных подтипах черноземов региона исследований баланс органического и минерального азота в течение вегетационного периода сильно варьирует в зависимости от темпов поступления микробных и растительных остатков, их качественного состава, водного и теплового режима, биологической активности почв. Постоянно протекающие процессы мобилизации минеральных форм, синтеза и деструкции органических форм азота создают многообразие в содержании промежуточных и конечных форм этого элемента в черноземах. Достаточно надежным показателем обеспеченности полевых культур доступным азотом является его количество, обнаруженное весной после парования. Анализ результатов весенних запасов подвижных форм азота в различных подтипах черноземов по пару и гороху свидетельствует, что лучше обеспечены N - М?3 черноземы южные и обыкновенные как в слое 0-20 см, так и » слое 0-100 см. Несколько .

меньше, запасы подвижных форм азота характерны для черноземов ти1ЩЧНЬ1х, выщелоченнь1х и солонцевато-слитых. :

Статистаческий. анализ - среднего содержания подвижных фосфатов в различных подтипахчерноземов свидетельствует, что в целом на момент исследований фосфатный потенциал их еще достаточно высок: ниже границы в 30 мг/кг почвы опустились только черноземы южные (х-22ДС^-15) и обыкновенные (х - 27Д О- — 19,9). Высокая степень обеспеченности черноземов типичных и выщелоченных подвижным фосфором объясняется внесением больших доз фосфорных удобрений в связи с внедрением з сельскохозяйственное производство интенсивных ■Технологий возделывания полевых,культур, а в солонцевато-слитых также и за счет внесения фосфогипса при проведении их химической мелиорации. Однако при средних благополучных показателях обращает внимание достаточно высокий разброс в содержании этого элемента, что свидетельствует о неоднородности полей и отдельных их участков в обогащенности подвижными фосфатами: диапазон колебания в содержании подвижных фосфатов в отдельных полях достаточно широк (от очень низкой - 5 мг/кг до предельной - 68 мг/кг почвы) степени обеспеченности. Дефицит подвижных форм фосфора может быть причиной ряда негативных явлений у животных и человека, также как и их избыточное содержание.

Статистический анализ среднего содержания подвижных форм калия в различных подтипах черноземов показывает, что отмечается четкая тенденция, к снижению степени обеспеченности этим элементом от черноземов южных (х-307,4;Су-9,6) к выщелоченным (л-232,0,СГ -18). .Исключение составляют черноземы сол01щевато-слитые (х-347,4;0--29), которые отличаются, стабильной повышенной ! обеспеченностью подвижным калием. Объясняется это двумя причинами: во-первых, солонцевато-слитые .черноземы сформировались на продуктах выветривания третичных глин, изначально богатых растворенными и обменными формами калия^и, во-вторых, исключительно тяжелыми иловато-глинистым.'гранулометрическим составом твердой фазы почв. На фоне еще благополучной средней обеспеченности черноземов подвижными формами калия, чрезвычайно высок в исследуемых лочвах диапазон колебания в его содержании - черноземов обыкновенных (С=46) и типичных

(с;=58). Связано это, вероятно, с неоднородностью материнских пород и степенью проявления эрозионных процессов.

Высокая миграционная способность сульфат ионов привела к резкому их дефициту в южных (х-5^5,Су -20), обыкновенных (л-6,4;О,-11,8), типичных (х-6,97; С-6,6) й выщелоченных (х-7,4;Су -9) черноземах элювиального ландшафта. Исключение составляют солонцевато-слитые черноземы, высокая степень обеспеченности которых связана с внесением фосфогипса (10-12 т/га) при их химической мелиорации.

Содержание подвижных форм марганца ниже порога минимального уровня обеспеченности отмечено в черноземе южном (х-9ДС;.-4,3) и вьпцелоченном (х-8,2;Сг-14). Близкие к этому порогу черноземы типичные и обыкновенные. Несколько лучше обеспечены подвижными формами марганца солонцевато-слитые черноземы (х-16,6;С-10,5), хотя среднее их содержание ниже оптимального уровня.

Исследованиями установлено, что содержание-подвижных форм цинка много ниже допустимого уровня обеспеченности во всех исследуемых подтипах черноземов.

Содержание бора в южном, обыкновенном, типичном и выщелоченном подтипах черноземов находится за пределами низкого уровня обеспеченности, в солонцевато-слитом - близко к этому уровню. Объясняется это тем, что бор легко вымывается из почвы при промывном и периодически промывном водном режиме: темпы его мобилизации из минеральных запасов почвы явно ниже темпов иммобилизации.

Во всех изученных подтипах черноземов отмечается средняя степень обеспеченности подвижными формами меди и явной угрозы в медной недостаточности пока нет. Содержание же подвижных форм кобальта во всех подтипах черноземов значительно меньше нижнего уровня обеспеченности.

Проведенные исследования по современному эколого-почвенному состоянию черноземов плато позволяют прогнозировать снижение фотосинтетической активности растений, белковой их продуктивности, биологической азотофиксации. Несбалансированное минеральное питание растений и ухудшение качества их продукции приведет к дальнейшему перерасходу кормов, "снижению удоя, привеса у животных, нарастанию таких болезней как гипокальцемия, остеомоляция (недостаток

кальция), костных заболеваний (дефицит фосфора), гипосуль-форемии, панкреотита (дефицит серы) и ряда других заболеваний. Недостаток микроэлементов в черноземах исследуемого региона является основной причиной ряда эндемических заболеваний животных и человека.

5. Товарный и элювиальный вынос макро-и микроэлементов В настоящее время многие аспекты этой проблемы находятся в стадии научной разработки приемлемых методов математического расчета. Нами была предпринята частичная попытка расчета валовых потерь химических элементов из почв исследуемого региона с товарной частью урожая, поверхностными и речными водами.

Для расчета товарного выноса макро- и микроэлементов с урожаем сельскохозяйственных культур были взяты их фактическая уборочная площадь, урожайность и валовой сбор. Проведенные расчеты показали, что в 1996 году с площади 70995 га черноземов только одного Шпаковского района общий, практически безвозвратный, вынос макро- и микроэлементов составил порядка 2746 тонн. Среди макроэлементов вынос в убывающем порядке составил следующий ряд: калий, фосфор, кальций, хлор, сера, натрий; среди микроэлементов - железо, марганец, цинк, медь, кобальт, йод (табл. 2). Естественно, эти показатели, в зависимости от состава уборочной площади культуры и валового сбора могут в той или иной степени изменяться. Однако, если принять.средний ежегодный вынос элементов с товарной частью урожая сельскохозяйственных культур 2700 тонн, то за последние 100 лет общие безвозвратные потери из черноземов Шпаковского района составят 270 тысяч тонн или 3,8 тонны с каждого гектара пашни.

Поверхностный вынос солей и загрязнителей мы изучали путем отбора и анализа эпизоотических проб стоковых вод в период выпадения весенних интенсивных дождей. Подсчет выноса солей по модулю стока с 1 км показал, что общие годовые потери солей составляют примерно одинаковую величину - 6,26,3 тонн/год (табл. 3). Хотя эти показатели и нельзя считать абсолютными , но относительную тенденцию поверхностного

Таблица 2

Вынос макро- и микроэлементов с товарной частью урожая сельскохозяйственных культур 1996 года из черноземов Шпа-ковского района с площади 70995 га. тонн

Элементы Элементы

Калий 1082,6 Железо П,4

Фосфор 477,6 Марганец 5,1

Кальций 375,2 Цинк 3,4

Хлор 290,4 Медь 0,6

Сера 214,0 Кобальт 0,02

Магний 195,7 Иод 0,01

Натрий 90,2 Всего 2746,23

выноса они отражают. Обращает на себя внимание вынос растворимых форм азота и фосфора с кукурузного поля; по выносу азота стоковые воды кукурузного поля превышают вынос с озимого поля более чем в 11 раз, по фосфору - в 4 раза. Однако, по выносу ионов серы, хлора, катионов кальция и магния показатели несколько ниже, чем с озимого поля. Эти различия могут быть объяснены как некоторыми различиями в почвенном покрове полей, так и характером предпосевной обработки под кукурузу.

Главными показателями агропроизводственной деятельности служат объемы выноса загрязняющих веществ с водами речного стока. Со Ставропольского плато водные мигранты собирают две реки: Калаус с притоками Грачевка, Горькая, Айгур и Большой Егорлык. Площадь водосборного бассейна реки Калаус с притоками составляет 9210 км, а Большого Егорлыка -2184 км. Результаты подсчета выноса приведены в среднем за 1986. .. 1987 годы. Эти годы относятся к «расцвету» внедрения интенсивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур и позволяют относительно полно судить о размерах агротехнического процесса на почву и природу в целом.

За год река Калаус и река Большой Егорлык выносят более 290 тонн твердых и 193 тысяч тонн растворимых солей из поч-во-грунтов Ставропольского плато, что равно 4842 полновесным (60 тонн) железнодорожным вагонам в первом случае и 3218 во втором (табл. 4).

Таблица 3

Химический состав стоков воды: числитель - мг/л., знаменатель - кг/год (дата отбора пробы - 4.05.89г.)

с поля озимой пшеницы с поля кукурузы

рН воды 7,8 7,9

N-N0, 0.93 10.48

86,8 977,9

РА 0.04 0.16

3,7 14,9

Са 196.0 124.0

1828,9 1157,2

Щ2' 61.0 73.0

569,2 689,2

Иа* -1- К* 93.9 49.0

867,8 457,2

нсо> 134.0 146.0

1250,4 1362,3

301 160.0 120.0

1493,9 1110,7

а . 85.0 50.0

793,1 466,6

сумма солей 729.4 •572.6

6292,6 6236,9

Таблица 4

Вещества Калаус Егорлык Сумма

Взвешенные вещества (твердые) 277740 12780 290520

Минеральные, всего 114678 78416 193094

в том числе:

НСО; 14016 2197 16213

а- 14472 5906 20378

SCf- 49824 50400 100224

С.аи 8136 8420 16556

W 5598 5895 11493

Na> + K> 22632 5698 28330

Различия в объемах выноса веществ этих рек объясняется площадью водосборного бассейна, устойчивостью'почв и пород к размыву и элювиальному выносу солей. ,..;•,;■ >

Среди биогенных и загрязненных веществ наиболее значителен годовой вынос аммония и шпратов (табл. 5). Обращает на себя внимание факт выноса растворимых форм фосфора (46,3% от общего), что свидетельствует о несостоятельности устоявшегося мнения о его малой подвижности в черноземах. Несомненно, что это часть фосфора сложных удобрений, вносимых в весенний период в подкормку поверхностно.

Таблица 5

Биогенные элементы и загрязняющие вещества, тонн/год

Показатели Калаус Егорлык Сумма

Фенолы 0,36 0,18 0,54

СПАВ 4,2 1,8 6,0

Нефтепродукты 15$ 22,5 37,5

лет; 194,4 44,0 238,4

шг 15,1 18,0 33,1

щ- 269,5 293,0 562,5

Робщ. 18,2 22,6 40,8

Р(У, 13,1 5,8 18,9

Реи 0,06 0,06 0,12

Я" 0,18 0,01 0,19

См2* 0,24 , 0,04 0,28 ;

2пи 0,26 0,02 ; . 0,28

Среди биогенных и загрязняющих веществ наиболее, негативное влияние оказывает нефтепродукты, фенолы, синтетически- поверхностно- активные вещества (СПАВ), сульфаты, аммоний и нитратный азот (табл. 6).

Средняя концентрация этих веществ в 1986 году в воде реки Калаус превысила предельно допустимую величину в следую-, цих размерах: нефть и нефтепродукты - 0,2 ПДК; фенолы - 6;; :ПАВ -1,9; 4,6; ж;- 4,4; N0;-2,6.

Таблица 6

Вещества и степень загрязнения реки Калаус (ПДК)

Вещества 1986 1987

число сред. максим. число сред. максим.

опред. опред.

Нефть и нефтепродукты 3 0,2 0,6 2 5,2 6,8

Фенолы 4 6,0 9,0 6 6,0 15,0

СПАВ 6 1,9 2,0 6 1,2 1,3

да?- 6 4,6 9,8 6 8,3 13,1

N11; 6 4,4 • 12,0 6 6,5 12,0

NО; 6 2,6 7,5 6 3,2 5,7

Максимальная же концентрация этих веществ в воде была в январе-феврале и в 1986 году превысила ПДК в следующих размерах: нефть и нефтепродукты -0,6; фенолы - 9,0; СПАВ -2,0; БО? - 9,8; ИЩ -12,0; N0; - 7,5 раза.

Степень загрязнения воды реки Калаус в 1986 году была значительно выше, чем в предыдущем, что объясняется высокой водностью. Среднее значение по нефтепродуктам превысило ПДК в 5,2 раза, а максимальное - 6,8; фенолам соответственно 6,0 и 15,0; СПАВ - 1,2 и 1,3; БО? - 8,3 и 13,1; ЫН; - 6,5 и 12,0; N0; - 3,2 и 5,7 раза.

Максимальная концентрация загрязнителей была в январе-! феврале. Из этого следует, что наибольшую Опасность для животных и населения представляет вода Калаус в зимние месяцы.

6. Пути сохранения природного плодородия черноземов

В течение ряда лет (1986. . . 1992 гг.) нами изучались возможности ускоренного агротехнического повышения плодородия солонцевато-слитых черноземов путем внесения известняка-ракушечника в чистом виде и в сочетании с апатитовым концентратом, азотной и фосфорной кислотами, а также фос-фогипс (табл. 7).

Таблица 7

Урожайность сельскохозяйственных культур в опыте на солонцевато-слитых _ черноземах, т/га кормовых единиц ___

Варианты опыта 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 Средняя Прибавка

кукуруза на силос озимый ячмень озимая пшениц а вика+ ячмень овес кукуруза з/корм озимая пшениц а т/га т/га %

1. Контроль 16.7 3,3 L2 2,1 21 2,8 12.4 14,6 LQ 1,0 18.8 3,5 11 2,4 4,2 - -

2. Фосфогипс 32.7 6,5 L9 2,1 21 2,8 15.9 18,7 11 1,7 33.5 6,3 2Л 2,9 .5,8 +1,6 38,1

3. СаСО, +аппатит (10+2 т/га) 38.3 7,6 Ш • 2,3 И 3,3 16.6 19,5 L1 1,3 21.3 4,0 13 3,4 5,9 +1,7 40,5

СаСО} + НЫОъ + ' HfO, (10+3+1 т/га) 33.4 6,6 2^3 2,6 М 3,8 17.1 20,8 L6 1,6 34.6 6,5 OI <N ^г" 6,6 +2,4 57,1

5. Апатит-2 т/га 32.6 6,5 2А 2,4 11 2,8 16.1 18,9 UL 1,1 19.0 3,6 2^9 3,1 5,5 +1,3 30,9

НСР х, % ЪЭ. 5>4 . 2А 3,5 £5 4,8 1,3 и. 2,5 2Л 2,1 21 2,9

Примечание: числитель - урожайность^ т/га; знаменатель - кормовые единицы, т/га 1986 год - в действие, 1987... 1992 годы - в последствие

. .. Таблица 8

Экономическая эффективность применения химических ' мелиорантов при возделывании сельскохозяйственных культур •■•'■: ■ на солонцевато-слитых черноземах,; '-'<■■■ В среднем за 1986.. .1992 гг., 1 га/т 11

Показатели Контроль Фосфогипс 10 т/га СаСа,+а п : атит-10+ +3+1т/г» СаС&НЩ +3+1/, Апатит 2 т/г»

урожайность ¡с 1 га корм :ед^ тонн 4,2 5,8 . , ,' 5,9 6,6 5,5

денежная вы- • ручка с 1 га,.час 2520 3480 3540 3960 3300

затраты труда на 1 т, час 15,8 16,5 16,7 17,2 16,0

затраты труда на 1 т, чао •з;8 ; 2,8 " 2,8 2,6 2,9

производстаенн ые затраты на 1 га, тыс. руб. 2272 2668 3649 2719 2448

себестоимость 1 т., тыс. руб. 541 460 449 412 445

прибыль на 1 га тыс. руб. 248 812 ' 891 1241 852

уровень рентабельности^ %' 10,9 30,4 : 33,6 45,6 34,8 •

Полученные результаты свидетельствуют, что горные породы и мелиоранты повышают производительность солонцевато-слитых черноземов в среднем на30. . „ 57%. - - . ,1

Подобные исследования, , проведенные кафедрой почвоведения на карбонатном черноземе в 1989.... 1991 гг_, яоказали, что их плодородие в среднем за три года исследований повысилось от 27 до 72% в зависимости от различных доз и видов горных пород й мелиорантов.

Длительные стационарные исследования кафедры в Андро-повском (солонцевато-слитые черноземы) и Кочубеевском (черноземы типичные и выщелоченные) районах свидетельствует, что положительное влияние горных пород и мелиорантов в последствии сохраняется в течение 15... 18 лет.

Экономическая эффективность по вариантам опыта определялась в среднем за 1986... 1992 годы с использованием средней урожайности в кормовых единицах (табл. 8).

Из приведенных расчетов следует, что наименьшая себестоимость основных сельскохозяйственных культур получена по варианту известняка-ракушечника совместно с кислотами. Наибольший чистый доход, наивысший уровень рентабельности и окупаемости получен также по этому варианту. По другим вариантам уровень рентабельности также выше контрольного показателя на 19. . . 33%, что свидетельствует о высокой эффективности агрогеохимического приема повышения плодородия черноземов Ставропольского плато.

ВЫВОДЫ

1. Высокая расчлененность Ставропольского плато сетью глубоких котловин, балок и оврагов обеспечивает хорошую его дренированность и устойчивый вынос растворенных веществ с исходящими и поверхностными потоками влаги, что служит одной из причин химической деградации почвенного покрова плато.

2. Формирование и эволюция различных подтипов черноземов плато, основные их генетические свойства обусловлены разнообразием почвообразующих порол представленных из-

вестняками-ракушечниками, элювием и делювием сарматских глин, лессовидными суглинками различной мощности.

3. Геоморфологические, геологические, гидрогеологические и климатические особенности плато обусловливают преобладание геохимического выноса над биологической аккумуляцией биогенных элементов. Ежегодно с территории плато выносится более 290 тонн твердых и 193 тысяч тонн растворимых веществ. С территории только одного Шпаковского района безвозвратный вынос макро- и микроэлементов составил свыше 2746.тонн.

4. Важнейшим морфологическим признаком черноземов, определяющим биологическую активность, буферную способность против подкисления и загрязнения тяжелыми металлами, является степень выщелоченнорти почвенного, профиля от СаСОг. По этому признаку черноземы плато представляют следующий эволюционный рЯд: черноземы южный —> обыкновенный —» типичный -> выщелоченный -» солонцевато-слитой.

5.. Эволюция агрохимических свойств черноземов плато характеризуется увеличением содержания собственно гумусовых веществ от черноземов южных к- выщелоченным и подкисле-нием серы в том же направлении, что согласуется со степенью выщелоченности черноземов от СаСО,. Содержание подвижных форм .азота, фосфора и калия сильно варьирует и зависит от количества и качества вносимых минеральных удобрений. В черноземах южных, обыкновенных, типичных и выщелоченных отмечен резкий дефицит подвижной сёры, что является одной из причин снижения качества продукции растениеводства и животноводства, развития ряда заболеваний растений, животных и человека.

6. В исследованных подтипах черноземов обозначился явный дефицит подвижных форм марганца, кобальта, бора, цинка, меди, что является причиной нарушения метаболических процессов у растений, животных и человека, ведет к снижению иммунной сопротивляемости к различным заболеваниям. В земледелии их дефицит является одной из причин снижения урожайности и качества продукции полевых культур, ведет к снижению эффективности и, в следствии этого, перерасходу азотных и фосфорных удобрений.

7. Интенсификация земледелия сопровождается значительным выносом реками Калаус и Большой Егорлык из почв плато загрязнителей, среди которых преобладают нефтепродукты (37,5), фенолы (0,54), СПАВ (6,0), SO? (100224), аммонийный, и нитратный азот (834,0) тонн/год.

8. Основной причиной ускоренной минеральной деградации черноземов является изменение во времени (200-250 лет) природного лесостепного комплекса растительности плато на преимущественно степной и стихийный тип агрофитоценозов, для которых характерна неупорядоченная вырубка овражно-балочной лесной растительности, распашка и пастбищная дигрессия склоновых земель, что нарушило природные ландшафт-но-геохимические связи, привело к уменьшению внутрипоч-венного и росту поверхностного выноса гумусово-глинистых суспензий, водно-растворимых форм макро- и микроэлементов.

9. Полевые агрогеохимические исследования показали, что 4 утраченная производительность, черноземов плато может быть

значительно повышена путем внесения известняка-ракушечника, фосфогипса и апатитового концентрата - в среднем на 57%.

10. Анализ экономической эффективности от внесения различных горных пород и мелиорантов показал, что от их применения уровень рентабельности земледелия в среднем за 7 лет в действии и последствии их внесения повысился на 20... 35%.

Предложения производству

1. В целлл предотвращения дальнейшей деградации почвенного покрова Ставропольского плато необходимо для каждого хозяйства разработать и внедрить индивидуальную систему экологического земледелия на адаптивно-ландшафтной основе.

2. Устранение дефицита макро- и микроэлементов является одной из главных задач интенсификации земледелия в хозяйствах Ставропольского плато, что можно достичь методом об-н' .ения минеральной основы черноземов путем внесения соответствующего набора полиминеральных горных пород и мелиорантов.

24 ' '

3. Полностью исключить из практики применения удобрений поверхностный способ их внесения и заменить его на внутрипочвенный, что лозволит значительно снизить потери подвижных форм питательных веществ с поверхностным стоком.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Лысенко В.Я., Хаджинов Н.И. Влияние различных приемов известкования на плодородие солонцевато-слитых черноземов // Тез. 51 науч.конф. Ставроп. СХИ. - Ставрополь, 1987. -60 с.

2.Лысенко В.Я. Эффективность мелиорации солончаковых солонцов кислотами и фосфогипсом //Тез. 52 науч.конф. Ставроп, СХИ. - Ставрополь, 1988, - 58 с.

3.Лысенко В.Я., Зинченко Г.И. Физико-химическая характеристика почв опытного стационара учебно-опытного хозяйства СХИ. //Сб.науч.тр. Ставроп. СХИ, - Ставрополь, 1990, - 106 с.

4. Лысенко В.Я. Экологические и почвенные условия производства сельскохозяйственных культур на солонцевато-слитых черноземах в учхозе СХИ, //Сб.науч.тр. Ставроп. СХИ, - Ставрополь, 1992, -11 с.

5.Лысенко В.Я., Льгова Т.И. Эколого-генетические и мелиоративные особенности повышения плодородия солонцевато-слитых почв //Интенсивное использование пашни. Ставроп. СХИ - Ставрополь, 1993, - С. 35-37.

6.Белкин A.A., Лысенко В.Я.', Марьин А.Н. Особенности возделывания люцерны на солонцевато-слитых черноземах //Современные технологии возделывания сельскохозяйственных культур. Ставроп. СХИ, - Ставрополь, 1994, - С. 26-29.

7.Цховребов B.C., Лысенко В.Я. Изменение режима влажности черноземов при сельскохозяйственном использовании //Пути повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Ставроп. СХА, - Ставрополь, 1995, - С. 55-56.

8. Лысенко В.Я. Эколого-почвенная эволюция черноземов Ставропольского плато при интенсификации земледелия //Тез.док. 59 науч.конф. Ставроп. ГСХА, - Ставрополь, 1995. -.49 с.

9.Тюлышюв В.И., Цховребов B.C., Лысенко В.Я. Экологические проблемы земледелия Ставропольской возвышенности //Безопасность и экология горных территорий. Тез.докл. 2-й Межд.конф. (25-30 сентября 1995 г.), - Владикавказ, 1995, - С. 296.

Ю.Лысенко В.Я. Экологические изменения черноземов элювиального ландшафта //Тез. 61 науч.конф. Ставроп. ГСХА, - Ставрополь, 1996, - 62 с.

11.Тюльпанов В.И., Лысенко В.Я., Тюльпанов C.B. Агро-генная деградация черноземов Предкавказья и пути ее преодоления //Тез.докл.Междунар.конф. (11-21 июня 1997 г.), М.:РАСХН, Почвен.ин-т, 1997, - Т.2. - С. 185-188.

^ hi 27 Г. \0 0. П^ч a f.OrfCXA