Моделирование режима калия в системе "почва-растение"

Карпинец, Татьяна Викторовна

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Моделирование режима калия в системе "почва-растение"
ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Моделирование режима калия в системе "почва-растение""

На правах рукописи

КАРПИНЕЦ ТАТЬЯНА ВИКТОРОВНА

РГВ од

" ■ ? 7'ДПР 2000

МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЖИМА КАЛИЯ В СИСТЕМЕ «ПОЧВА-РАСТЕНИЕ»

Специальность 06.01.03 - агропочвоведение

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Курск - 2000

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте земледелия и защиты почв от эрозии.

Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук Г.А. Чуян

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор, А.И. Стифеев доктор биологических наук, профессор В. В. Прокошев доктор сельскохозяйственных наук, В. И. Лазарев

Ведущее предприятие: Почвенный институт им. В.В.Докучаева

Защита состоится аЛ/ОеЛ. 2000 года в /О— часов на заседании диссертационного совета Д.020.61.01 во Всероссийском научно-исследовательском институте земледелия и защиты почв от эрозии по адресу: 305021, г. Курск, ул. К. Маркса, 70-6, ВНИИЗ и ЗПЭ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всероссийского научно-исследовательского института земледелия и защиты почв от эрозии

Автореферат разослан" ^ ' -¿"Э^л^о— 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

/703%3</ д . . ПоЧО.ЬЪ О

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Важным условием эффективного управления агроэкосистемой на ландшафтно-экологической основе является использование ее адекватной математической модели, составными частями которой являются модели режимов основных питательных элементов, в том числе режим калия. Роль этого режима в оптимизации минерального питания культур проявляется все более отчетливо по мере интенсификации сельскохозяйственного производства, причем даже на таких богатых в отношении калия почвах, какими являются черноземы (Лигум G.T., 1978, Прокошев В.В., 1984, Минеев В.Г., 1986, Державин Л. M 1987).

Усилиями наших и зарубежных ученых (Пчелкин В.У., 1966, Горбунов Н.И., 1978, Ониани О.Г., 1981, Соколова Т.Д., 1980, Прокошев В.В., 1984, Шафран С.А., 1984 и др.,Arnold P.W., 1962, 1970, Diest А., 1978, Sparks D.L., 1980, 1987, Tributh H., 1981, 1987, Mengel К., Kirkby E.A., 1985 и др.) накоплен значительный экспериментальный и теоретический материал в отношении трансформации калия в системе «почва-растение». Это делает особенно актуальным разработку моделей, которые позволяют представить эту информацию в форме математических уравнений и создать на их основе вычислительные алгоритмы и программы по прогнозированию изменений режима калия в агроэкосистеме в различных внешних условиях. Современные информационные технологии делают такие программы доступными для широкого научного и практического использования. С их помощью появляется возможность заменить дорогостоящие натурные эксперименты проведением вычислительных экспериментов и существенно упростить управление режимом калия в агроэкосистемах. Посредством моделирования можно не только математически описывать уже известные положения, но также устанавливать новые теоретические закономерности, предлагать на их основе новые методы и приемы регулирования агроэкосистем,

Цель и задачи исследований. Основной целью работы являлась разработка общей концепции моделирования режима калия в системе «почва-растение» на основе фундаментальных законов природы и теории самоорганизации и способов практического использования моделей для управления минеральным питанием культур в агроландшафте.

В задачи исследований входило:

1. Обосновать использование теории самоорганизации в качестве возможного методологического подхода к моделированию калийного режима почв в системе «почва-растение».

2. Создать математическую модель калийного режима почвы как самоорганизующейся системы, которая позволит разработать:

- методические подходы к определению устойчивых стационарных содержаний форм калия в почве и дать их количественную оценку для черноземных почв;

- метод прогноза многолетней динамики обменных форм калия в почве и апробировать его на данных многолетних полевых опытов на черноземах;

- методические подходы к количественной оценке динамических изменений форм почвенного калия в процессе вегетации растений и апробировать их в лабораторных и вегетационных условиях;

- способ снижения перехода радиоцезия в продукцию растениеводства как апробацию проявления саморегулирующей способности калийного режима почв.

3. Создать полуэмпирическую модель и компьютерную программу для прогнозирования действия калийных удобрений на режим калия в системе «почва-растение» и провести ее апробацию в условиях различных агроландшафтов.

4. Разработать методические подходы к регулированию сбалансированности плодородия почв по фосфору и калию на основе фундаментальных законов земледелия:

- создать модель взаимодействия доступных форм фосфора и калия в почвах;

- установить оптимальные соотношения подвижных форм фосфора и калия для ведущих культур ЦЧЗ;

- разработать способ регулирования плодородия почв по фосфору и калию и систему агрохимических приемов для его реализации;

- провести группировку районов Курской области по соотношению подвижных форм фосфора и калия в пахотных почвах и определить районы, нуждающиеся в его оптимизации.

5. Разработать модель системы удобрения в агроланд-шафте и автоматизированную систему ее реализации для условий ЦЧЗ.

Научная новизна работы.

1. Впервые разработана концепция стационарного состояния калийного режима почвы, на основе которой:

- проведена количественная оценка уровней устойчивых стационарных состояний калия в черноземных почвах;

- обоснованы методы прогноза изменений форм калия в почве при многолетней динамике и в процессе вегетации, а также проведена их апробация;

- разработан новый способ оценки фиксирующей способности почвы по показателю фиксации-высвобождения (А.с.№ 4050956/30 -15);

- разработан новый способ снижения перехода радиоцезия в продукцию растениеводства на основе эффекта блокирования цезия ионами калия;

- разработана модель динамических изменений обменных и фиксированных форм калия в почве.

2. Впервые разработана модель отклика почвы и сельскохозяйственных культур на калийные удобрения, на основе которой возможны разработки нормативов и практических рекомендаций по использованию калийных удобрений в условиях различных аг-роландшафтов и погодных условий. Созданная на основе модели компьютерная программа помещена на страничку Internet по ад-

3. Разработана модель взаимодействия подвижных форм фосфора и калия при формировании урожая сельскохозяйственных культур, с использованием которой впервые:

- получены функциональные зависимости урожайности от содержания подвижных форм фосфора и калия в почве и определены оптимальные соотношения подвижных форм фосфора и калия для основных культур ЦЧЗ;

- предложен способ регулирования плодородия почв по фосфору и калию по лимитирующему элементу минерального питания;

- проведена группировка районов Курской области по соотношению подвижных фосфора и калия и определены районы, нуждающиеся в его оптимизации.

4. Для условий ЦЧЗ разработана модель системы удобрения в агроландшафте и на ее основе создана автоматизированная система ее проектирования.

Основные защищаемые положения:

1. Концепция самоорганизации калийного режима почвы, как методологическая основа его моделирования в системе «почва-растение».

2. Научно-методические подходы к регулированию и прогнозированию уровней содержания подвижных форм калия в почвах.

3. Модель отклика почвы и растений на калийные удобрения и компьютерная программа для ее реализации.

2. Модель системы удобрения в агроландшафтах и автоматизированная система на ее основе.

Практическая значимость работы

1. Модель отклика почвы и растений на калийные удобрений доступна для пользователей в интерактивном режиме через сеть Интернет и широко используется для моделирования действия калийных удобрений на разных почвах, а также в обучающем процессе.

2. Метод количественной оценки многолетних динамических изменений подвижных форм калия в почвах позволяет прогнозировать изменение плодородия почвы в отношении этого элемента и может использоваться в агрохимический практике для оценки различных систем удобрения, а также экологическими службами для прогноза деградации почвы в отношении калия.

3. На основе использования эффекта блокирования разработан способ снижения перехода радиоцезия в продукцию растениеводства, практическая реализация которого на загрязненных радиоцезием территориях дает возможность стабильно производить нормативно чистую продукцию растениеводства.

4. Способ оптимизации плодородия почв в отношении фосфора и калия с учетом лимитирующего элемента позволяет снизить затраты удобрений при создании заданных уровней фосфора и калия и может использоваться при окультуривании почв в отношении этих элементов. Нормативные значения оптимального соотношения между содержаниями подвижных форм фосфора и калия, установленные на основе значительного экспериментального материала по многолетним полевым опытам с удобрениями в ЦЧЗ, рекомендуется использовать при определении лимитирующего элемента минерального питания и распределении фосфорных и калийных удобрений на уровне хозяйств, районов и области в целом в этой зоне.

5. Группировка пахотных почв Курской области по соотношению подвижных форм фосфора и калия дает возможность повысить эффективность распределения фосфорных и калийных удобрений по районам и может быть использована на административно-хозяйственном уровне управления.

6. Автоматизированная система по проектированию программ управления плодородием почв и систем удобрения позволяет значительно сократить затраты времени для дифференцированного расчета этих проектов для каждого рабочего участка хо-

зяйства и рекомендуется для агрохимических служб, землеустроительных организаций и фермерских хозяйств в ЦЧЗ. Данная система внедрена в Белгородском Центре агрохимобслуживания. Начиная с 1994 года с ее помощью осуществляется расчет проектов и программ повышения плодородия почв для хозяйств Белгородской области (справка о внедрении прилагается).

Реализация результатов исследований.

Методические разработки автора по проектированию системы удобрения в агроландщафте использовались при подготовке методических рекомендаций и монографий:«Методика разработки систем земледелия на ландшафтной основе», 1996, «Система управления плодородием почв в Центрально-Черноземной зоне», 1996, «Модели управления продуктивностью агроландшафтов», 1998, «Метод дождевания в почвенно-эрозионных исследованиях», 1999; а также в учебно-методическом пособии «Проектирование системы удобрения в севообороте», 1996.

Апробация работы.

Материалы диссертации опубликованы в тезисах докладов и доложены на XXIII коллоквиуме Международного калийного института в Праге в 1992 году, на Международном экологическом форуме «Современные экологические проблемы провинции» в Курске в 1995 году, на II съезде общества почвоведов в Санкт-Петербурге в 1996 году, на XIII международном коллоквиуме по питанию растений в Токио в 1996 году, на семинаре в Международном институте садоводства в Великобритании, в 1998 году, а также на других российских и региональных научных и научно-практических конференциях.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 40 работ (из них 6 за рубежом), имеется авторское свидетельство на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и предложений производству. Работа изложена на 294 страницах машинописного текста, содержит 14 таблиц, рисунков и 17листов приложений. Список литературы включает 294 источника, из них 78 зарубежных.

Автор выражает искреннюю благодарность Чуяну Г.А., Гринвуду Д.Д., Сулиме А.Ф., Дмитриевой Г. А., а также всем сотрудникам лаборатории агрохимии ВНИИЗ и ЗПЭ за сотрудничество и помощь, оказанную при проведении научных исследований и подготовке диссертации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕОРИИ САМООРГАНИЗАЦИИ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ КАЛИЙНОГО РЕЖИМА В СИСТЕМЕ «ПОЧВА-РАСТЕНИЕ»

В качестве методологической основы построения моделей калийного режима в системе «почва-растение» использована теория самоорганизации (Эйген М., 1973, Николис Г., Пригожин И.,1979, Хакен Г., 1980), которая в последнее время вызывает большой интерес специалистов в самых различных областях знаний. Это обусловлено тем, что теория самоорганизации имеет универсальный объект исследования - термодинамически открытые системы, находящиеся вдали от термодинамического равновесия. Если при этом система является существенно нелинейной, то есть имеет множество обратных связей, и ее функционирование поддерживается за счет непрерывного поступления энергии извне, такая система является потенциально саморегулирующейся и для ее описания можно использовать теорию самоорганизации.

Поскольку почва удовлетворяет всем перечисленным условиям, мы можем предположить, что все почвенные процессы, включая режим калия, фосфора, азота, органического вещества и другие являются самоорганизующимися и подчиняются синергети-ческим закономерностям.

С учетом этого и на основе различных экспериментальных данных по обеспеченности почв основными формами калия, их местоположению в почве и доступности для растений (Горбунов Н.И., 1978, Носко Б.С., 1988, Медведева О.П., 1983, , Sharpley A.N., 1987, Kadar I et all., 1991, Syers J.K., 1998 и др.), предложена понятийная физическая модель трансформаций форм калия в системе «почва-растение». Каждый из основных резервов почвенного калия в этой модели представлен емкостью, размер которой пропорционален резерву этой формы калия, а эластичность стенки емкости - доступности этой формы. Вынос калия и процесс выщелачивания обозначены фонтанами из отверстий соответствующих размеров. Емкости сообщаются между собой трубками разного диаметра, обеспечивая таким образом перераспределение форм калия и поддержание их стационарных уровней. Анализ экспериментальных данных по динамике изменений форм почвенного калия при разных уровнях баланса этого элемента и под действием различных внешних воздействий (истощающее выращивание, внесение калийных удобрений) с использованием данной модели,

количественная оценка основных форм калия, а также констант скоростей их перехода между собой, позволяют сделать вывод о высокой саморегулирующей способности калийного режима почв и показать основные механизмы этой регуляции.

II. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБОБЩЕНИЯ ДАННЫХ ДЛЯ КАЛИБРОВКИ И АПРОБАЦИИ МОДЕЛЕЙ

Для решения поставленных задач и экспериментального обоснования выдвинутых теоретических положений привлекались различные методы исследования, которые включали лабораторные, вегетационные и микрополевые опыты. Для количественной оценки параметров моделей и их апробации привлекались данные многофакторного полевого опыта ВНИИЗ и ЗПЭ, а также данные 14 многолетних полевых опытов с удобрениями, которые проводились различными научными и научно-производственными организациями на черноземных почвах (в основном черноземы типичные и выщелоченные среднегумусированные) средне- и тяжелосуглинистого гранулометрического состава (Леонтьев А.К., 1978, Макаров Р.Ф., Архипова В.В., 1986, Бердников A.M. и др., 1983, Шагаев В.Я., Михайлина Н.В., 1978, Пономарев А.И., 1982, Севастьянова В.В.и др., 1978, Гончаренко и др., 1983, Гриб Н.И. и др, 1979, Бровкин В.И., Караева О.Н., 1993, Kadar I. et all., 1991).

С целью группировки районов Курской области по величине соотношения подвижных форм фосфора и калия использовались данные агрохимического обследования рабочих участков хозяйств области.

Для более эффективной работы с данными многолетних полевых опытов и данными агрохимического обслуживания автором создавались соответствующие базы данных, а также системы управления и статистической обработки.

Кроме экспериментальных методов исследования широко привлекались методы математического и статистического моделирования (Гродинз Ф., 1966, Росс Ю.К., 1972, Ли Э.Б, Маркус Л., 1972, Химмельблау Е.А., 1973, ТоомингХ.Г., 1974, Сиротенко О.Д., 1981, Глушков В.М. и др., 1983, Розенберг Г.С., 1984, Дмитриев Е.А., 1995).

III. КОНЦЕПЦИЯ САМООРГАНИЗАЦИИ КАЛИЙНОГО РЕЖИМА ПОЧВЫ И ЕЕ ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

Основным условием использования теории самоорганизации для анализа сложных систем, и калийного режима в частности, является построение адекватных математических моделей этих систем, отражающих действие наиболее существенных факторов, ответственных за динамические свойства системы. Поэтому пер-

вым этапом проведения исследовании явилось построение математической модели трансформации калия в почве. В основу построения этой модели была положена следующая схема превращений форм почвенного калия (Рис.1), которая отражает основные теоретические положения, известные на данный момент времени в отношении калийного режима почв.

Кудобр. ^вынос

фикс.

Рис.1. Схема трансформаций форм калия в почве Здесь Краств., Кобм.> Кфикс, Кминер. - калий почвенного расвора, обменный, фиксированный и в составе мин-эралов;^ , к2 - константы скоростей прямой и обратной реакции обмена между калием почвенного раствора и обменным; кз , \и - константы скоростей прямой и обратной реакции фиксации-высвобождения между необменными и обменными формами почвенного калия; кминер., квыщел,- константы скоростей минерализации и выщелацивания; Кудобр., Квынос-поступление и вынос калия; СаПпк. Сараств. - кальций почвенного поглощающего комплекса и почвенного раствора.

С учетом законов формальной химической кинетики (Дани-зльс Ф., Альберти Р., 1967) данная схема описывается следующей системой дифференциальных уравнений:

росте. _ ,, '

(1) ^ ~ кминер.л минер. квыщеЛ А раств.

- к\СапПККраств. + к2СаРас™в Кобм.

(2) = к]СаппкКраств -к2СараствКобл1 ~къКобм

(3) *икс- = кК , -кЖ.

¿1 3 оом. 4 фикс.

Качественный математический анализ системы уравнений с использованием метода А.М. Ляпунова (1954) позволяет заключить, что калийный режим почвы является самоорганизующимся, и для него свойственно устойчивое стационарное состояние, которое в свою очередь характеризуется устойчивыми стационарными

содержаниями форм почвенного калия, значения которых в значительной степени зависят от таких почвенных характеристик, как константы скоростей процессов трансформации калия, соотношения содержаний кальция почвенного поглощающего комплекса и почвенного раствора и обеспеченности почвы калийсодержащими минералами. Уравнения, соответствующие устойчивым стационарным содержания обменных и фиксированных форм калия приведены ниже.

к к Гп

_ минер. 1 ППК

(4)

(5)

обм.(ст.) и и Гп

еыщел. 2 росте.

минер.

к к к Гп

минер. К\ з ^ ППК

фикс.(ст.) к

-К,

к к Га минер,

еыщел. 2 4 СаРосте.

Для исследуемой системы характерно стационарное состояние типа устойчивого узла, то есть при любых отклонениях калийного режима от устойчивого стационарного состояния система со временем неизбежно в него возвращается. Фазовый портрет системы с таким стационарным состоянием для обменных и фиксированных форм изображен на рисунке 2. Здесь точка М соответству-

Рис. 2. Фазовый портрет необменных (14) и обменных (О) форм почвенного калия

* ■

ет устойчивому стационарному состоянию обменных и необменных форм. Любая другая точка фазовой плоскости характеризует отклонение обменных и необменных форм от этого состояния. Направленность фазовых траекторий во всех случаях свидетельствует о том, что после прекращения воздействий изменения содержаний обменных и необменных форм будут направлены на восстановление устойчивых стационарных уровней.

Количественная оценка устойчивых стационарных содержаний форм калия в почвах.

В соответствии с концепцией самоорганизации калийного режима, если в почве создано исходное содержание некоторой формы калия Ко, то изменение его (ДК) с течением времени или в результате внешнего воздействия будет пропорционально первоначальному отклонению этого исходного уровня от стационарного (Кст.) для данной формы, то есть: (6) ДК = - А • (Ко - Кст.),

Здесь А - коэффициент пропорциональности, являющийся временной характеристикой процесса установления стационарного уровня.

Из полученного уравнения следует, что между изменением в содержании любой формы почвенного калия и ее исходным уровнем должна существовать линейная зависимость. Причем параметры этой зависимости позволяют количественно оценить величину устойчивого стационарного содержания данной формы калия в почве.

На рисунке 3 приведены экспериментальные данные микрополевого опыта на черноземах типичных с разным уровнем калийного режима по оценке значений устойчивых стационарных содержаний подвижных (метод Чирикова), обменных (метод МаСло-вой) и фиксированных (метод Пчелкина) форм почвенного калия. Как следует из данных графиков, изменения форм калия в зависимости от исходного уровня действительно имеют линейный характер. Причем, если исходное содержание форм калия в почве было ниже стационарного уровня, то к концу ротации, несмотря на вынос растениями, содержание калия увеличивается. Наоборот, если исходное содержание форм калия было выше стационарного уровня, то к концу ротации, оно существенно снижается, причем в большей степени, нежели фактический вынос калия. Наименьшие изменения в содержаниях форм калия к концу ротации наблюдаются при наименьших отклонениях его от стационарного уровня.

Изменение в содержании К20, мг/100г 10 О

-20 -зо н

-40

Подвижные формы

Исходное содержание калия, мг К20/100г

20 О -20 -40 -60

Обменные формы

Исходное содержание калия, мг К20/100г

Фиксированные формы

Исходное содержание калия, мг К20/100г

□ 140

Рис. 3. Изменения в содержании подвижных (метод Чирикова), обменных (метод Масловой) и фиксированных (метод Пчелкина) форм почвенного калия в зависимости от их исходного уровня при истощающем выращивании (чернозем типичный)

По результатам регрессионного анализа данных опыта исходные уровни содержания подвижных и обменных форм калия в почве оказывают гораздо более значимое влияние на изменения этих форм после истощающего выращивания, нежели фактор баланса (Табл.1). В случае же фиксированных форм калия уровень баланса значимо влияет на коэффициенты уравнения регрессии и, следовательно, на оценку стационарного уровня для этой формы калия. Теснота корреляционной связи в этом случае также оказывается ниже.

1. Регрессионные уравнения связи изменений форм почвенного калия (ДК) с уровнем его баланса (Вк) и исходным содержанием (К0) _

Уравнение связи АК =А -К0 + Д • Вк+С

Форма калия (экстрагирующий раствор)

Значимость регрессионных

коэффициентов по Ькритерию

Коэффициент множественной корреляции

ДК =-0,73 -К0 -0,01 -Вк + 8,4

ДК =-0,85 К0-0,05-Вк+11,5

ДК =-0,22 -Ко -0,19- Вк +28,0

Подвижная

(0.5т СНзСООН) Обменная (1п

СНЗСООШ4) Фиксированная (2п НС1)

449.7 0.5

349.4 1.4

8.4 5.7

0.99

0.98

0.85

Конечные эмпирические уравнения для подвижных, обменных и фиксированных форм калия имеют следующий вид: (7) ДКподв. = 8.0 - 0.75 • Кподв. (8)

ДКобм. =12.6 - 0.82 • Кобм. (9) ДКфикс. = 28 -0.22 • Кфикс.,

где Кподв., Кобм., Кфикс. - исходные содержания подвижных, обменных и фиксированных форм калия соответственно; Кподв., Кобм., Кфикс. - соответствующие изменения в содержаниях форм К.

Устойчивые стационарные содержания калия для средне-гумусированных черноземов тяжелосуглинистого гранулометрического состава, вычисленные по этим уравнениям с учетом уравне-

ния (6) имеют следующие значения: для подвижных форм - 10.7 мг К20/100, для обменных - 15.4 мг К20/100г, для фиксированных -83.5 мг К20/100г.

Приведенные нормативные значения устойчивых стационарных уровней калия не обязательно являются оптимальными для любой культуры, поскольку данные уровни характеризуют самоорганизующуюся способность почвы, но не растения. Для получения более высоких урожаев культур, особенно на песчаных почвах, возникает необходимость в создании уровней калия выше стационарных. Однако более высокая урожайность и вынос калия в данном случае фактически являются проявлением самсоргани-зующей способности почвы.

При содержании в почве калия близком к устойчивому стационарному уровню, мы имеем наиболее рациональный, с точки зрения использования ресурсов, режим функционирования почвы <ак системы. Для поддержания устойчивых стационарных уровней форм калия расход ресурсов извне минимален, так как почвенная :истема стремится сама поддержать стационарный режим функционирования путем изменения направленности почвенных процессов и использования собственных резервов калия. Вместе с гем, значительный вынос этого элемента, без компенсации удобрениями, будет снижать содержание обменных форм калия ниже ггационарного уровня, уменьшая таким образом его доступность }ля растений и стимулируя процессы высвобождение калия из не-эбменных форм и разрушение почвенных минералов. В конечном 1Тоге это приведет к снижению общего количества калия в системе 1 к снижению самих стационарных уровней.

Нежелательные явления по отношению к использованию :алия появляются в почвенной системе и в случае создания в ней 1скусственных уровней калиг, значительно превышающих стацио-1арные. Направленность всех почвенных процессов в этом случае ¡тановится такой, чтобы снизить в ней высокие уровни калия до тационарных. Поэтому кроме фиксации калия будут наблюдаться избыточный вынос его растениями и усиливаться потери за счет (ыщелачивания.

фактическое использование концепции самоорганизации калий-юго режима почвы

Одним из направлений практической реализации концеп-;ии самоорганизации калийного режима почвы является дапьней-jee развитие подходов к прогнозированию изменений почвенного лодородия (Ковда В.А., 1985, Степанов И.Н., 1985, Шишов J1.Л.,

1987, Щербаков А.П., 1990, Карпачевский Л.О., 1997, Шафран С.А., 1998). С учетом рассмотренных выше закономерностей и механизмов самоорганизации калийного режима почвы предложено уравнение для прогноза многолетних изменений подвижных форм калия в почве. Зная исходное содержание подвижной формы калия в почве (Ко), уровень ее устойчивого стационарного содержания (Кст.)и уровень создаваемого баланса (Вк), можно прогнозировать изменение содержания этой формы калия ДК при многолетней динамике по формуле:

(10) ДК = А*(Ко -Кст.)+ Д*Вк,

где А и Д - эмпирические коэффициенты, характеризующие скорость восстановления стационарного уровня в зависимости от величин (Ко-Кст.) и Вк.

Оценка параметров данного уравнения прогноза была проведена по данным восьми многолетних полевых опытов с удобрениями на черноземах типичных и выщелоченных методом регрессионного анализа. Всего было обработано 496 различных вариантов опытов. В результате статистической обработки данных были получены следующие регрессионные уравнения: для подвижных форм калия по методу Чирикова -

(11) ДК =-0,74*(Ко -9,1)+ 0,001 *Вк, R=0.88; для обменных форм калия по методу Масловой -

(12) ДК =-0,35*(Ко -20,6)+ 0,005*Вк, R=0.56

Следует отметить, что значимость фактора баланса калия (Вк) в данных уравнениях является очень низкой (доля вклада менее 3%). Поэтому можно сказать, что динамика многолетних изменений подвижных и обменных форм калия на черноземах среднего и тяжелого гранулометрического состава в большей степени определяется саморегулирующей способностью калийного режима почвы, нежели уровнем созданного баланса калия. На рисунке 4 приведены экспериментальные данные и теоретическая зависимость изменений подвижных форм калия от их исходного уровня по данным многолетних полевых опытов.

Еще одним направлением практической реализации концепции самоорганизации калийного режима является возможность снижения перехода радиоцезия в растения при выращивании их на загрязненных этим радионуклидом почвах. Cs137 является химическим аналогом калия, так как имеет близкие к калию электронные и ядерные свойства и, как следствие, аналогичные процессы трансформации в почве, а также поступления в растения (Титлянова А.А* 1963, Эмсли Дж.1993, Моисеев И.Т. и др., 1994, White P.J., 1997). Проявлением самоорганизующей способности калийного

Рис.4. Зависимость изменения подвижных форм калия от их исходного уровня по данным многолетних полевых опытов с удобрениями (чернозем типичный и выщелоченный)

режима почвы является эффект блокирования Cst37 ионами калия в результате внесения высоких доз калийных удобрений после предварительного истощающего выращивания по этому элементу. Этот эффект позволяет повысить эффективность распространенного в настоящее время способа снижения перехода цезия в продукцию растениеводства посредством разбавления его калием при внесении высоких доз калийных удобрений (Гулякин И.В., Юдин-цева Е.В., 1959, 1973, Пристер Б.С.и др., 1989, Алексахин P.M. и др., 1992), Механизм блокирования цезия в сравнении с эффектом разбавления представлен на рисунке 5. Экспериментальное сравнение этих методов в лабораторно-вегетационных условиях на черноземе выщелоченном тяжелосуглинистом с загрязнением цезием 7.4*Ю10 Бк/км2 показало, что эффект блокирования исключил накопление этого радионуклида в сухой биомассе овса.

Количественная оценка процессов фиксации и высвобождения калия при вегетации сельскохозяйственных культур

Несмотря на возрастающее количество попыток моделирования поступления почвенного калия в растения (Barnes А. et'alt, 1976, Най П., 1980, Jungk et all, 1986, БарберС.А., 1988, Silberbush A.N., 1990), до настоящего времени не предложено доступных для практического использования методов количественной оценки по-

Эффект разбавления

ТШШТП '^ 9°

о оа о о „

К//Г//У/АО о

Интчше Клпобрений "(ЛК)

шЩВоя

У!////!////* О (Г

О - капган калия О - катион раишцс.'шя

а) исходное состояние; 6) после внесения калийных удобрений Эффект блокирования

Ко|жеЛ

О.,

О ГЛ\\\\\\>

> од

Пстощшо-4

110}ше-\

1МН

шхюсок

Висссшю 4

0000 0°

,00

О - катион калил О - катион радиоцезия

а) исходное состояние; б) после фитоочистки; с) после внесения калийных удобрений

Рис. 5. Заполнение межслоевых промежутков глинистых минералов в почве, загрязненной Сэ137 при использований агрохимических приемов, основанных на использовании эффектов разбавления и блокирования

тенциального высвобождения и фиксации калия при выращивание растений и внесении калийных удобрений. Хотя вклад этого фактора, особенно в глинистых почвах, может быть довольно значительным (Сои!сПпд КЖТ., 1979, Медведева О.П., 1983). Описанная выше математическая модель, после ее упрощения, позволяет предложить подход к количественной оценке констант скоростей фиксации (к1) и высвобождения (к2) калия в почве на основе почвенных параметров, которые могут быть определены посредством известных агрохимических методов. Установлено, что сумму этих констант можно выразить через временной параметр Тш, характеризующий период половинного прохождения реакции фиксации:

(13) к1 + к2 = (1/Т1/2)1п2

Соотношение констант можно определить через предложенный нами параметр фиксации-высвобождения В:

(14) к2/(к1 +к2)=В

Параметр В характеризует долю добавленного с удобрениями калия, которая будет оставаться в обменной форме. С помощью модели было показано, что параметр В можно определить через содержание обменного калия в двух последовательных почвенных вытяжках с промежуточным высушиванием почвы по формуле:

(15) В=(Ко-К,)/Ко, где

Ко - иходное содержание обменного калия; ^ - содержание обменных форм во второй вытяжке после высушивания. По этому способу определения параметра фиксации-высвобождения получен патент.

Совместное решение уравнений (13) и (14) позволяет количественно оценить значения констант скоростей фиксации и высвобождения калия и использовать их для прогноза изменений доступности форм этого элемента в процессе вегетации. Проведенная оценка чувствительности модели прогноза к изменениям' предложенных параметров позволяет заключить, что наиболее значимое влияние оказывает изменение уровня исходного содержания обменного калия, менее значимо изменение параметра фиксации-высвобождения, в еще меньшей степени модель чувствительна к изменениям временного параметра. Оценка адекватности прогноза изменений обменных форм калия в процессе вегетации с помощью данных параметров проводилась в вегетационных условиях с искусственно созданными уровнями обменных форм калия и тремя уровнями удобренности. Установлено хорошее "соответствие экспериментально полученных значений обменных форм калия после истощающего выращивания и результатов моделирования. Значимые отклонения в прогнозируемых значениях

оС.\,~;-;ных форм отмечались "ольха при з^.сскмх ::с><сдньк искусственных уровнях калия.

IV. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КАЛИЙНЫХ УДОБРЕНИЙ НА РОСТ СЕЛЬСКОХОЗЯСТВЕННЫХ КУЛЬТУР И ИЗМЕНЕНИЯ ФОРМ ПОЧВЕННОГО КАЛИЯ

Изложенный выше подход к моделированию потенциального высвобождения и фиксации калия при выращивании растений и внесении калийных удобрений явился составной частью большой эмпирической модели калийного режима в системе «почва-растение», которая создавалась совместно с Международным институтом садовых культур (Великобритания).

В данной модели с использованием эмпирических уравнений описаны основные процессы, характеризующие режим калия в системе «почва-растение»: влияние калийных удобрений на прирост сухой биомассы сельскохозяйственных культур, вынос калия и изменения форм калия в почве; влияние изменений в поступлении калия из почвы на поглотительную способность корней; фиксация и высвобождение калия в процессе вегетации; влияние изменений погодных условий на рост культур, потребность в калии и транспорт калия к корням растений.

Входные параметры модели относительно доступны для количественной оценки и включают: константу скорости роста, которая вычисляется из потенциальной урожайности культуры, веса семян и общего количества испаренной влаги; изотерму адсорбции/десорбции калия; исходное значение соотношения активностей калия; содержание обменного калия в почве и влажность почвы; константы скоростей фиксации и высвобождения калия; характеристики погодных условий (осадки, температура почвы); растительные параметры, которые сзязывают критическую и максимально возможную концентрации калия в растениях. Общая схема данной модели приведена на рисунке 6. Модель предусматривает вычисление ежедневного потенциального прироста биомассы растений dWr.HKC (Greenwood et all.,1977). Этот прирост затем корректируется в соответствии с уровнем отклонения фактической концентрации калия (Рк) от критической (Рф^-к.), то есть посредством коэффициента обратной связи R(T), который получают'из соотношения Barnes et al. (1976):

(16) R(T)= 1,6/(1 +0,6)/R1(T)), где

(17) R,(T) = min[PK(T)/PKpMT.K(W),1], где W-сухая биомасса растений

Потенциальная и прогнозируемая биомасса растений

Входные и выходные характеристики режима калия в почве

Потенциальный и фактический прирост биомассы

Прирост

корневой

системы

Потенциальное и фактическое поступление калия к корням растений

Критическая, фактическая и потенциально возможная концентрация калия в растениях

Рис.6. Общая схема модели калийного режима в системе «почва-растение»

Критическая концентрация калия в биомассе растений (минимальное значение концентрации, необходимое для максимального роста) вычисляется через критическую концентрацию азота PKpvfrN, которая рассматривается как функция сухой биомассы растений, то есть:

(18) г крет.К (W) = Ркрягм (W), где

(19) Ркрш-.N = 1.35(1+3е ),

где Gonr. - коэфициент, характеризующий конкретную культуру.

Фактическая концентрация калия в растении (Рк) зависит от фактического выноса калия растениями (Ua) и сухой биомассы растений (W) как их отношение, а фактический прирост выноса (dU) является функцией потенциального транспорта калия к корням (dUTpaHC) и коэффициента обратной связи (G), характеризующего влияние фактической концентрации калия в растении на его поступление, то есть

(20) G = min(1, ехр(2.8* (Рк/Ртах - 0.3))), где

Ртах - максимально возможная концентрация калия в растениях, которая вычисляется аналогично критической концентрации (уравнения^ 8) и (19)).

Потенциальный транспорт калия к корням растений включает диффузионный и массовый потоки этого элемента в почве и зависит от поглотительной способности корня, которая является функцией прироста биомассы и определяется соответствующими эмпирическими уравнениями (Harrison-Murray R.S., Clarkson D.T., 1973,Greenwood et al., 1982, Seward P.D., 1991).

Потенциальный поток калия за счет процессов диффузии (Рдаф) к активно адсорбирующей поверхности корня вычисляется из допущения, что корень является цилиндром с нулевой концентрацией калия на поверхности, помещенным в однородную бесконечную среду, содержащую калий. В этом случае диффузионный поток к поверхности корня может быть вычислен приближенно (Crank J., 1957) по закону Фика:

(21)Рдиф =Ds.Ko6M (0).{( aG,)-°5+0.5-0.25(Gt/a)°5+ 0.125.G,}/a при Т, <3

(22)РДИф =2. Ds. Ko6M.(0){[ln(4G,)-2ar1-a./[ln(4G«)-2a]}-2/a при Tf >3, где Ко6м.(0) - концентрация обменного калия в почве в момент формирования корневого сегмента, значение которой определяется с использованием параметров Т1/2 и В, как описано в предыдущей главе; Gt - коэффициент размерности, вычисляемый по формуле:

(23) Gt=Ds.T|/a2,

где Tf - время, прошедшее с момента образования корневого сегмента; a - константа Эйлера, равная 0.5772.

диффузии калия Ds через почву к корням в момент времени Т вычисляется по уравнению (24) DS(T)=D (T).Gxp. 0.Аф..([Са]+[Мд])05,

где D(T) - коэффициент диффузии калия в воде; б - влажность почвы; G„p- фактор кривизны пути, принимаемый равным 9 (Най П., Тинкер П., 1980); Аф-градиент отношения активностей калия к концентрации его обменных форм. Коэффициент диффузии калия ежедневно корректируется в соответствии с температурой почвы, а влажность почвы - с учетом выпавших осадков и испарения (Parsons R., 1959, Seward P. D. 1991).

Таким образом, основу расчетов в данной модели составляет вычисление потенциального прироста биомассы, а также критической и максимальной концентрации калия для каждого дня вегетации растений, с одной стороны, и возможное поступления калия из почвы, а также расчет фактической концентрации калия в растениях, с другой. В соответствии с уровнем отклонения фактической концентрации калия от критической корректируется потенциальный прирост биомассы и рассчитывается ее фактический прирост.

Данная модель реализована в форме компьютерных программ на русском и английском языках и апробирована на данных многофакторного полевого опыта ВНИИ земеледелия и защиты почв от эрозии (Рис.7), а также на данных многолетних полевых опытов института овощных культур. Результаты апробации позволяют заключить, что модель дает хорошее соответствие с экспериментальными данными при прогнозировании динамики прироста биомассы растений, концентрации в ней калия, а также изменений форм калия в почве.

V. НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К РЕГУЛИРОВАНИЮ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ ПО СООТНОШЕНИЮ МЕЖДУ ПОДВИЖНЫМИ ФОРМАМИ ФОСФОРА И КАЛИЯ.

При регулировании уровней содержания доступных форм калия в почве большое значение имеет обеспеченность почвы остальными элементами минерального питания, и, в частности, фосфором. Однако, для бол ее. эффективного управления плодородием почв по этим элементам важно иметь модель их взаимодействия при формировании урожайности сельскохозяйственных культур', на основе которой можно установить устойчивые функциональные связи урожайности с содержаниями подвижных форм этих элементов и определить их оптимальное соотношение в почве.

Южная экспозиция

* 1.1

S г

3 о

£ I 0,7 " -8 0,5 0.3

-а § о,9 -

-в-

У. _JL

150 170 1S0 210 230 Дни(с1 января)

250

270

Водораздел

| ¡¿ 1,1 ^ р _ „

g Ь 0,9 А

S I 0.7 -"«0,5 0,3

150 170 190 210 230 Дни (С 1 января)

250

270

Северная экспозиция

со 0,8

V X X (0 §. ъё 8 0,7 0,6

О) X 0,5

о ZJ S "8 0.4 0,3

150 170 190 210 - 230 250 270

Дни (с 1 января)

Рис. 7. Экспериментальные данные (символы) и результаты моделирования (сплошные линии) динамических изменений содержания обменного калия в черноземе типичном на контрольном варианте (■) и при внесении минеральных удобрений N18oPi6oKieo (х) (Многофакторный полевой опыт ВНИИЗ и ЗПЭ, сахарная свекла, 1997ГОД) • '

Основой построения такой модели могут служить такие законы земледелия, как закон взаимодействия факторов и закон минимума, которые позволяют сформулировать закономерности взаимного влияния содержания подвижных форм фосфора и калия в почве на урожайность сельскохозяйственных культур:

1) приросты урожайности (сГУ) сельскохозяйственных культур при увеличении содержания доступных форм фосфора (с!Р) или калия (сЖ) в почве зависят от имеющихся уровней содержания этих элементов (Р и К), а также их соотношения;

2) чем меньше содержание з почве доступных форм одного элемента (Р или К) относительно другого, тем больший удельный прирост урожайности (сГУ/с1Р или с1У/с!К) дает его увеличение.

Математическую запись этих закономерностей можно представить в виде системы двух дифференциальных уравнений:

(25) сМ<ЗР=аГК-а2*Р

(26) с!УШ=М*Р-Ь2*К,

где а1, а2, Ы, Ь2 - постоянные коэффициенты, характеризующие влияние имеющихся в почве уровней содержания доступных форм фосфора и калия на величину удельных приростов урожайности.

Решение этой системы - гиперболическое уравнение второго порядка:

(27) У = а*К*Р + А2*Р2 + В2 * К2 + Уо,

где А2=-а2/2; В2 = -в2/2 ; Уо - урожайность культуры, которая определяется не учтенными в модели факторами.

Данное уравнение представляет собой функциональную связь урожайности культуры с содержаниями доступных форм фосфора и калия. Анализ данного уравнения позволяет вывести формулу для вычисления оптимального соотношения между доступными формами этих элементов ((К/Р)0ГТт.) через параметры модели:

(28) (К /Р)опт. = ¥ + +1 , где

(29) Р = (В2-А2)/а

Количественная оценка параметров модели проводилась в условиях микрополевого опыта, а также по данным многолетних полевых опытов с удобрениями на черноземах типичных (5 опытов) и выщелоченных (5 опытов). На основе этих данных были • сформированы статистические выборки для основных культур" ЦЧЗ, регрессионный анализ которых позволил количественно оценить значения параметров модели и рассчитать по ним значения оптимального соотношения подвижных форм фосфора и капия, определяемых методом Чирикова (Табл.2). Значения этого опти-

мального соотношения несколько различается для разных групп культур, однако, в среднем, оно близко к 1.

2. Количественная оценка оптимального соотношения подвижных форм фосфора и калия (метод Чирикова) в черноземах_

Кол- Кол- Парметры уравнения

Культура во во у=а*Р*К + А2*Р2 +В2*К2+Уо Я, н с

опыт вари % о о.

ов ан- А2 В2 а Уо

тов

Многолетние полевые опыты

Зерновые 8 744 -0,007 -0,03 0,07 27,1 47* 0,7

Сахарная 6 355 -0,274 -0,42 1,06 255,9 58** 0,9

свекла

Кукуруза 7 234 -0,338 -0,27 0,90 271,1 43* 1.1

на силос

Микрополевой опыт •

Озимая 1 26 -0,020 -0,02 0,06 14,4 77** 1.1

пшеница

Сахарная 1 26 -1,050 -0,62 2,66 312,4 81** 1.2

свекла

Примечание:*, ** - уровни значимости 0,05 и 0,001 соответственно

Полученные значения оптимального соотношения между подвижными формами фосфора и калия позволяют определить их

• минимальные уровни для планируемой урожайности сельскохозяйственных культур и предложить способ регулирования плодородия почв по лимитирующему элементу минерального питания, в соответствии с которым рассчитанные в системе удобрения потребности фосфорных и калийных удобрений корректируются с учетом содержания подвижных форм этих элементов, их соотношения и имеющихся фондов минеральных удобрений. При этом в первую очередь устраняется несбалансированность почвенного плодородия по содержанию подвижных форм фосфора и калия.

Апробация предложенного способа регулирования в условиях микрополевого опыта позволяет заключить, что поэтапная оптимизация почвенного плодородия с учетом соотношения между подвижными формами фосфора и калия в почве по сравнению с известным методом окультуривания почвы посредством создания

оптимальных уровней этих элементов внесением высоких разовых доз удобрений, увеличивает эффективность использования удобрений в 1.3 - 6.3 раза, что дает возможность повысить их окупаемость в среднем в 1.7 раза.

Гоуппировка почв Курской области по соотношению подвижных форм фосфора и калия

Создание в почве оптимального соотношения между подвижными формами фосфора и калия позволяет исключить нерациональные затраты удобрений того элемента, который находится в избытке относительно других. Поэтому при распределений" удобрений в Курской области представляет интерес группировка районов по величине соотношения подвижных форм фосфора и калия. Такая группировка проведена по данным почвенно-агрохимического обследования земель по хозяйствам Курской области. В процессе статистического анализа этих данных (всего 32858 рабочих участков) было установлено, что распределения частот подвижных форм фосфора и калия в почвах области, а также распределение площадей почв по содержанию подвижных форм фосфора и калия не являются нормальными, так как имеют значительную правостороннюю асимметрию. Очевидной причиной этого является действие фосфорных и калийных удобрений, воздействие которых увеличивает количество рабочих участков, получивших более высокие дозы удобрений. В связи с этим средние значения подвижных форм фосфора и калия, а также их соотношения, вычисленные для оценки обеспеченности почв различных территориальных делений (хозяйств, районов, области) по этим элементам, не являются достаточно адекватной характеристикой, так как оказываются завышенными на 17-58%.

Подбор теоретических распределений для исследуемых статистических рядов позволил заключить, что наилучшее их сглаживание дает логарифмически-нормальное (логнормальное) распределение. С учетом логнормального характера распределения подвижных форм фосфора и калия, а также их соотношения были определены значения этих показателей для 28 районов Курской области, которые послужили основой для группировки почв области по соотношению подвижных форм фосфора и калия (Рис.8). Как следует из приведенной картосхемы, соотношение подвижных форм фосфора калию ниже оптимального имеют в основном восточные районы области, прежде всего, такие как Горшеченский (Р/К=0,55) и Касторенский (Р/К=0,64). В почвах этих

районов в качестве лимитирующего чаще всего выступает фосфор.

С продвижением на запад происходит постепенная смена лимитирующего фактора, и в западных районах области в качестве лимитирующего уже может выступать калий. В порядке усиления лимита этого элемента к таким районам относятся Дмитриевский, Курчатовский и Хомутовский (Р/К=1,3), Кореневский (Р/К=1,33), Льговский (Р/К=1,36), Рыльский (Р/К=1,48) и Глушков-ский (Р/К=1,54). В этих районах можно прогнозировать высокую эффективность калийных удобрений. Прежде всего это относится к Рыльскому и Глушковскому районам, где большинство рабочих участков имеют повышенное содержание фосфора при средней обеспеченности калием и достигнут достаточно высокий уровень культуры земледелия относительно других районов, что является немаловажным фактором проявления эффективности удобрений.

VI. Модель системы удобрения на ландшафтной основе.

Разработка системы удобрения, как составной части адаптивно-ландшафтной системы земледелия, должна базироваться на фундаментальных экологических законах, которые определяют условия эффективного и безопасного функционирования агро-ландшафтов для окружающей среды (Прянишников Д.Н., 1963, Ковда В.А., 1981, Минеев В.Г., 1984, Hammond A.L., 1992, Кирюшин В.И., 1995, Володин В.М., Здоровцов И.П.,1999).

Системный анализ современных научных подходов к оптимизации минерального питания растений и повышению плодородия почв, а также агроэкологических проблем, связанных с использованием минеральных удобрений, позволил сформулировать основные ландшафтно-экологические принципы использования удобрений в агроэкосистемах и построить модель системы удобрения на их основе.

Составными частями данной модели являются рассмотренный выше способ регулирования плодородия почв по соотношению подвижных форм фосфора и калия, а также метод прогноза многолетних изменений подвижных форм калия. Общая схема этой модели системы удобрения представлена на рисунке 9. Модель включает следующие основные модули:

- модуль исходной информации, представляющий собой банк данных, в который входят базы данных исходной, нормативной и оперативной информации;

- модуль планирования базисной, потенциально возможной и действительно возможной урожайности сельскохозяйственных

Рис.8. Группировка почв Курской области по соотношению подвижных форм фосфора и калия

Мо дул ь исходной информации

(банк данных)

БД БД БД

исходной нормативной оперативной

информации информации информации

Мо дул ь пл апир о вания урожайности

1)базисной

2)действ. возможной

3)целесообразной

Мо дул ь потребностей и доз

1)о'рганические удобрения

2)минеральные удобрения

3)мелиоранты

4)микроэлементы

5)структура системы удобр.

Мо дуль поддержки принятия решений по системе удобрения

Модуль прогноза реализации проектов системы удобрения

Баланс гумуса, оснований, элем, питания

Прогноз изменения уровня пло дор. почв

Окупаемость ресурсов

Экологическая экспертиза сист. удобр.

Рис. 9. Структура модели проектирования системы удобрения

культур, расчет которых осуществляется с учетом обеспеченности почвы питательными элементами, влагообеспеченности культур, а также поправочного коэффициента, характеризующего достигнутый уровень культуры земледелия в хозяйстве;

- модуль расчета потребностей в удобрительных ресурсах, в котором реализованы балансовые методы расчеты минеральных и органических удобрений, извести и микроэлементов для каждого рабочего участка хозяйства с учетом его почвенно-агрохимических и ландшафтных характеристик;

- модуль выбора наиболее эффективных вариантов реализации систем удобрений с учетом оперативной информации о наличии удобрений и формирование проектов применения удобрений;

- модуль прогноза практической реализации систем удобрений, который включает расчет балансов гумуса, оснований и элементов питания, прогноз изменения уровня плодородия почв, прогноз окупаемости удобрительных ресурсов и экологическую экспертизу систем удобрения.

Особенностью разработанной модели системы удобрения является ее ландшафтно-экологическая направленность, которая проявляется в том, что:

- расчет систем удобрения проводится для каждого агро-ландшафтного контура хозяйства, с учетом его ландшафтных особенностей;

- нормативные показатели, используемые в вычислительных алгоритмах, дифференцируются в зависимости от ландшафтных характеристик рабочих участков;

- при регулировании почвенного плодородия учитывается лимитирующий элемент минерального питания и соотношение между подвижными формами фосфора и калия;

- планирование урожайности производится с учетом реально достигнутого уровня агротехники в хозяйстве, что позволяет исключить- нерациональное использование удобрений;

- важными этапами проектирования систем удобрений являются их экологическая экспертиза и прогноз изменения уровня плодородия почв.

На основе данной модели разработана автоматизированная система управления плодородием почв и продуктивностью сельскохозяйственных культур для персональных компьютеров (АСУППП), которая к настоящему времени апробирована более чем в 200 хозяйствах Белгородской области.

ВЫВОДЫ

1. Методологической основой моделирования калийного режима в системе «почва-растение» может выступать теория самоорганизации, что позволяет использовать механизмы саморегуляции, свойственные этому режиму при управлении им посредством моделей.

2. Каждая почва, в соответствии со своими первичными свойствами (минералогический состав, содержание гумуса, степень выветривания скелетной части и т.п.), характеризуется определенным устойчивым стационарным состоянием калийного режима и устойчивыми содержаниями форм почвенного калия. Почва стремится вернуться к этому устойчивому состоянию после внешних воздействий, вызывающих как положительные, так и отрицательные отклонения форм калия от стационарных уровней.

3. Количественная оценка устойчивых стационарных содержаний форм калия в почвах осуществляется на основе анализа линейной зависимости изменений в содержаниях форм калия от созданного их уровня в почве на основе данных многолетних полевых и микрополевых опытов. Устойчивые стационарные уровни подвижных (по методу Чирикова), обменных (по методу Масловой) и фиксированных (по методу Пчелкина) форм калия для чернозема типичного тяжелосуглинистого среднегумусированного, установленные на основе соответствующих линейных зависимостей, составили 10.7 мг К20/100, 15.4 мг К20/100г и 83.5 мг К2О/Ю0г соответственно.

4. Изменения подвижных и обменных форм калия в почве в процессе ее многолетнего сельскохозяйственного использования (АК) можно прогнозировать по уравнению ДК = А*(Ко -Кст.)+ Д*Вк, где Ко - исходное содержание формы калия в почве; Кет. - уровень' ее стационарного содержания; Вк - уровень созданного баланса калия; А и Д - эмпирические коэффициенты, характеризующие темпы восстановления стационарного состояния в зависимости от величины отклонения исходного содержания от стационарного уровня и от уровня созданного баланса калия соответственно. По результатам многолетних полевых опытов в ЦЧЗ установлены значения параметров модели для черноземов типичных и выщелоченных.

скими методами, на основе которых вычисляются константы скоростей фиксации и высвобождения калия почвой, что позволяет количественно оценить данные процессы при вегетации сельскохозяйственных культур.

6. Разработанная модель калийного режима в системе «почва-растение» позволяет прогнозировать действие калийных удобрений на динамику прироста сухой биомассы, содержание в ней калия, а также изменение форм калия в почве в процессе вегетации в разных погодных условиях.

7. Одним из проявлений самоорганизующей способности калийного режима почвы является эффект блокирования Су137 ионами калия в результате внесения высоких доз калийных удобрений после предварительного истощающего выращивания по этому элементу. Данный эффект позволяет снизить переход радиоцезия в продукцию растениеводства на загрязненной этим радионуклидом почве.

8. На основе модели взаимодействия подвижных форм фосфора и калия при формировании урожайности сельскохозяйственных культур выведено уравнение для вычисления оптимального соотношения между ними (К/Р)опт. = Р + л/(Р2+1), где F = (В-А)/с1. Параметры А, В и ¿I являются коэффициентами регрессионного уравнения связи урожайности этой культуры с подвижными формами фосфора (Р) и калия (К) в почве вида У=сЖР+АР2+ВК2+Уо, которое можно получить при статистической обработке данных многолетних полевых опытов, представленных в виде сопряженных значений урожайности культуры и содержаний подвижных форм фосфора и калия в почве. В результате статистической обработки данных микрополевого опыта и многолетних полевых опытов на черноземах типичных и выщелоченных ЦЧЗ установлены значения оптимального соотношения между подвижными формами фосфора и калия в почве для ведущих культур этой зоны.

9. Наиболее эффективное использование фосфорных и калийных удобрений при регулировании плодородия почв по содержанию подвижных форм фосфора и калия осуществляется с учетом лимитирующего влияния одного из элементов на основе нормативных значений оптимального соотношения между ними.

родия почв, формировать годовые планы применения удобрений и осуществлять прогноз практической реализации разработанных проектов системы удобрения.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Метод прогноза многолетних динамических изменений подвижных форм калия и разработанные нормативные значения параметров для черноземов типичных и выщелоченных рекомендуется использовать агрохимическим и экологическим службам для оценки систем удобрения и деградации почвы в отношении калия

2. Модель калийного режима в системе "почва-растение" рекомендуется использовать для разработки практических рекомендаций и нормативного материала по влиянию калийных удобрений на рост сельскохозяйственных растений, а также в обучающем процессе при изучении калийного режима почвы.

3. Оптимальные соотношения подвижных форм фосфора и калия в черноземах для ведущих культур ЦЧЗ рекомендуется использовать в качестве нормативного материала при определении лимитирующего элемента, а также распределении фосфорных и калийных удобрений на уровне хозяйств, районов и области в целом. При проведении окультуривания почв по фосфору и калию рекомендуется использовать способ оптимизации плодородия почв по соотношению подвижных форм фосфора и калия и систему агрохимических приемов на его основе.

4. Для более адекватной характеристики плодородия почв территорий хозяйств, районов и областей по обеспеченности подвижными формами фосфора и калия рекомендуется определение их средних значений на данных территориях с учетом логнормаль-ного характера распределения этих агрохимических показателей.

' 5. Агрохимическим службам и землеустроительным организациям ЦЧЗ рекомендуется использовать компьютерную программу по автоматизированному проектированию систем удобрения, созданную на основе модели системы удобрения в агроланд-шафте.

6. Способ снижения перехода радиоцезия в продукцию растениеводства, основанный на эффекте блокирования, рекомендуется использовать для производства нормативно безопасной продукции растениеводства на загрязненных радиоцезием территориях

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Болдырева Т.В. (Карпинец Т.В.) Элементы моделирования процесса накопления подвижного калия в эродированных

почвах//Тез. докл. Всес. школы молодых ученых, 8-14 июля 1982г. -М.,1982. - С.70-71.

2. Чуян Г.А., Капринец Т.В. Некоторые закономерности накопления калия в эродированных почвах // Научно-технических бюллетень ВНИИЗ и ЗПЭ. - Курск, 1986. - Вып. 2/49. - С.48-52.

3. Чуян Г.А., Бойченко З.А., Карпинец Т.В. Методические подходы к управлению агрохимическими показателями плодородия почв // Научно-технических бюллетень ВНИИЗ и ЗПЭ. - Курск, 1987. - Вып. 2/53. - С.40-44.

4. Карпинец Т.В. Создание заданных уровней калия в почве с учетом ее калийфиксирующей способности II Тез. докл. конф. «Роль молодых ученых и специалистов в развитии агропромышленного комплекса» 24-25 марта 1988г. - Свердловск, 1988. -С.21.

5. Карпинец Т.В. Оптимальные уровни подвижного фосфора и калия в типичных черноземах разного исходного кровня плодородия // Тез. докл. Всес. Научно-технич. конф. «Проблемы повышения плодородия почв в условиях интенсивного земледелия» 23-25 мая 1988г. - М., 1988. - С.55-56.

6. Карпинец Т.В., Чуян Г.А. Обеспечение заданного уровня содержания калия в черноземах с учетом их фиксирующей способности / Науч.тех.бюлл. ВНИИЗиЗПЭ. -1988. - Вып.2(57). - С. 3-8.

7. Изобретение «Способ создания заданного уровня калия в почве». Заявка № 4050956/30-15 от 07.04.86 (в соавторстве Чуян Г.А., Федорченко Г.А.).

8. Карпинец Т.В. Оптимизация калийного режима эродированных типичных черноземов ЦЧЗ: Дис.... канд. биол. наук,-Курск, 1988. -168 с.

9. Карпинец Т.В., Чуян Г.А. Возможный подход к получению функциональных связей урожайности культур с содержанием подвижных форм фосфора и калия в почве // Научн.техн.бюл. ВНИИЗиЗПЭ. - Курск, 1990. - Вып.1(64) - С.31-37.

10. Карпинец Т.В., Липкина Г.С. Устойчивые стационарные состояния калийного режима в почвах // Почвоведение. -1992,-N3.-C. 61 -68.

11. Концепция формирования высоко продуктивных экологически устойчивых агроландшафтов и совершенствования систем земледелия на ландшафтной основе / ВНИИЗиЗПЭ." -Курск. 1992. - 138стр. (авторский коллектив).

12. Ландшафтное земледелие. Часть I. - Российская академия сельскохозяйственных наук, ВНИИЗ и ЗПЭ. - Курск, 1993. - 98 с. (авторский коллектив).

13. Карпинец Т.В. Определение устойчивых стационарных содержаний форм калия в почвах // Почвоведение . - 1994. -№ 10. -С.93-98.

14. Чуян Г.А., Бойченко З.А., Карпинец Т.В. Экологическая экспертиза систем земледелия на загрязнение поверхностного стока биогенными элементами.- Экологические проблемы сельскохозяйственного производства. Тез. докл. международн. конф.,

1994, Воронеж. - Воронеж: изд-во ВГАУ,- 1994.-стр.51-53.

15. Карпинец Т.В., Видулина Т.Д. Возможный способ снижения перехода радиоцезия в продукцию растениеводства И Тез. докл. научно-практич. конф., посвященной 25-летию ВНИИЗ и ЗПЭ. - Курск, 1995. - С. 12-13.

16. Карпинец Т.В., Киселев Ю.В. База данных контролируемых показателей для агроэкологического мониторинга плодородия почв // Тез. докл. научно-практич. конф., посвященной 25-летию ВНИИЗ и ЗПЭ. - Курск, 1995. - С.44-45.

17. Чуян Г.А., Карпинец Т.В. База данных для проведения агроэкологического мониторинга земель Курской области // Тезисы докладов Международного Экологического Форума "Современные экологические проблемы провинции". - Курск,

1995. - С.268-269.

18. Методика разработки систем земледелия на ландшафтной основе. - Курск: Изд-во КГСХА, 1996. - 132с. (авторский коллектив)

19. Система управления плодородием почв в Центрально-Черноземной зоне. - Курск: Изд-во КГСХА, 1996. - 136с. (авторский коллектив)

20. Карпинец Т.В., Бондарева КГ. Программирование урожайности сельскохозяйственных культур в реальных хозяйственных условиях // Использование активных технологий обучения в вузе: Материалы IX уч. методической конф. КГСХА - Курск: Изд-во КГСХА, 1996,- С.60-62.

21. Муха В.Д., Бондарева К.Г., Чуян Г.А., Карпинец Т.В. Проектирование системы удобрения в севообороте. - Курск, 1996. -132с.

22. Карпинец Т.В. Метод прогноза изменений содержания форм калия в почвах II Тезисы докладов II съезда общества почвоведов (27-30 июня 1996г., Санкт-Петербург), Кн.1.-1996.-С.350-351.

23. Карпинец Т.В., Чуян Г.А. Способ возделывания сельскохозяйственных культур на загрязненных радиоцезием почвах

//Охрана почв и проблемы экологического земледелия /Тез.докл. научно-практич. конф. - Курск: Изд-во КГСХА, 1997. -42с.

24. Модели управления продуктивностью агроландшаф-тов. - Курск: Изд-во КГСХА. -1998. -215 с. (авторский коллектив)

25. Хмоленко М.И., Айдиев Ю.А., Боева Н.Н., Карпинец Т.В. Зависимость урожайности и качества зерна озимой пшеницы от доз минеральных и органических удобрений и погодных условий на черноземе типичном Центрально-Черноземной зоны // Агрохимические, агроэкологические и экономические проблемы и пути их решения при возделывании зерновых и других кул'ьтур/ Тез.докл.Всерос. коорднационного совещания учреждений Географической сети длительных опытов с удобрениями и другими агрохимическими средствами, 23-27 марта 1998г.-С. 100-101

26. Чуян Г.А., Карпинец Т.В. Автоматизированная система управления минеральным питанием растений для персональных компьютеров // Рациональное землепользование и способы защиты растений в реальных условиях ведения хозяйства,- Научно-практическая конференция, февраль 1998, Курск, ООО «Регион Агро Юг». - Курск, 1998. - С.93-96.

27. Чуян Г.А., Карпинец Т.В. Ресурсы земледелия в хозяйствах Курской области // Земледелие,- №1.-1999.- С. 17

28. Karpinets T.V. Estimation of К fixation and release in soil by two consecutive methods. // Potassium in Ecosystems / 23 Colloquium of the International Potash Institute., Praque, Chechoslovakia, october 12-16, 1992. - P. 391 - 395.

29. Karpinets T.V. , Lipkina G.S. Stable Steady States of the Potassium Regime in Soil // Eurasian Soil Sci.- 1992. - 24/7. - P.9-17.

30. Karpinets T.V. Determination of stable stationary contents of forms of potassium in soils // Eurasian Soil Sci.- 1995. - 27/9. -P. 88-97.

31. Karpinets T.V., D.J.Greenwood Modelling and measurement of the effect of K-fertiliser on yield, crop uptake and soil-K // Plant nutrition for Sustainable Food Production and Environment // XIII International Plant Nutrition Colloquium, 1997. - P.499-500.

32. Greenwood D.J., Karpinets T.V. Dynamic model for the effect of K-fertilizer on crop growth, K-uptake and soil-K in arable cropping. 1. Description of the model // Soil Use and Management.-1997.-V. 13.-P. 178-183.

33. Greenwood D.J., Karpinets T.V. Dynamic model for the effect of K-fertilizer on crop growth, K-uptake and soil-K in arable cropping. 1. Field test of the model // Soil Use and Managements 997. - V.13. -P.184-189.

Содержание диссертации, доктора сельскохозяйственных наук, Карпинец, Татьяна Викторовна

Содержание

Введение

I. Теоретические и методологические предпосылки использования теории самоорганизации для моделирования калийного режима в системе «почва-растение»

1.1. Теория самоорганизации как возможный методологический подход к созданию моделей природных систем

1.2. Самоорганизация режима калия в системе «почва-растение»

II. Методика проведения исследований и обобщения экспериментальных данных для калибровки и апробации моделей

III. Концепция самоорганизации калийного режима почвы и ее и практическое использование

3.1. Модель трансформации форм калия в почве и ее качественный анализ

3.2. Устойчивые стационарные содержания форм калия в почве и их количественная оценка на примере черноземов

3.3. Прогноз многолетних изменений подвижных форм калия в почвах

3.4. Способ снижения перехода радиоцезия в продукцию растениеводства на основе использования эффекта блокирования

3.5. Количественная оценка процессов фиксации и высвобождения калия при вегетации сельскохозяйственных культур

IV. Моделирование влияния калийных удобрений на рост сельскохозяйственных культур и изменение форм почвенного калия

4.1. Модель калийного режима в системе «почварастение»

4.2. Апробация модели по данным многолетних полевых экспериментов

4.3. Компьютерная программа для моделирования влияния калийных удобрений на рост сельскохозяйственных культур и изменение форм почвенного калия в агроландшафте

V. Научно'-методические подходы к регулированию плодородия почв по соотношению между подвижными формами фосфора и калия

5.1. Модель взаимодействия доступных форм фосфора и калия при формировании урожая сельскохозяйственных культур

5.2. Оценка оптимального соотношения подвижных фосфора и калия по результатам многолетних полевых опытов (на примере черноземов)

5.3. Способ регулирования плодородия почв по соотношению между подвижными формами фосфора и калия

5.4. Система агрохимических приемов управления плодородием почв по содержанию подвижных форм фосфора и калия

5.5. Группировка почв Курской области по соотношению подвижных форм фосфора и калия

VI. Моделирование системы удобрения на ландшафтной основе

6.1. Принципы и методические подходы построения систем удобрения в севообороте на ландшафтной основе

6.2. Модель систем удобрения в агроландшафте

6.3. Автоматизированная система управления плодородием почв и продуктивностью сельскохозяйственных культур (ACVilli) для персональных компьютеров

Выводы

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Моделирование режима калия в системе "почва-растение""

Важным условием эффективного управления агроэкосистемой на ландшафтно-экологической основе является использование ее адекватной математической модели, составными частями которой являются модели режимов основных питательных элементов, в том числе режим калия. Роль этого режима в оптимизации минерального питания культур проявляется все более отчетливо по мере интенсификации сельскохозяйственного производства, причем даже на таких богатых в отношении калия почвах, какими являются черноземы (Лигум С.Т., 1978, Прокошев В.В., 1984, Ми-неевВ.Г., 1986, Державин Л.М., 1987).

Усилиями наших и зарубежных ученых (Пчелкин В.У., 1966, Горбунов Н.И., 1978, Ониани О.Г., 1981, Соколова Т.А., 1980, Прокошев В.В., 1984, Шафран С.А., 1984 и др.,Arnold P.W., 1962, 1970, Diest А., 1978, Sparks D.L., 1980, 1987, Tributh Н., 1981, 1987, Mengel К., Kirkby Е.А., 1985 и др.) накоплен значительный экспериментальный и теоретический материал в отношении трансформации калия в системе «почва-растение». Это делает особенно актуальным разработку моделей, которые позволяют представить эту информацию в форме математических уравнений и создать на их основе вычислительные алгоритмы и программы по прогнозированию изменений режима калия в агроэкосистеме в различных внешних условиях. Современные информационные технологии делают такие программы доступными для широкого научного и практического использования. С их помощью появляется возможность заменить дорогостоящие натурные эксперименты проведением вычислительных экспериментов и существенно упростить управление режимом калия в агроэкосистемах. Посредством моделирования можно не только математически описывать уже известные положения, но также устанавливать новые теоретические закономерности, предлагать на их основе новые методы и приемы регулирования агроэкосистем,

Основной целью работы являлась разработка общей концепции моделирования режима калия в системе «почва-растение» на основе фундаментальных законов природы и теории самоорганизации и способов практического использования моделей для управления минеральным питанием культур в агроландшафте.

В задачи исследований входило:

- создать модель взаимодействия доступных форм фосфора и калия в почвах;

- установить оптимальные соотношения подвижных форм фосфора и калия для ведущих культур ЦЧЗ;

5. Разработать модель системы удобрения в агроландшафте и автоматизированную систему ее реализации для условий ЦЧЗ.

В результате проведенных исследований разработана концепция стационарного состояния калийного режима почвы, на основе которой:

- проведена количественная оценка уровней устойчивых стационарных состояний калия в черноземных почвах;

-разработан новый способ снижения перехода радиоцезия в продукцию растениеводства на основе эффекта блокирования цезия ионами калия;

-разработана модель динамических изменений обменных и фиксированных форм калия в почве.

Впервые разработана модель отклика почвы и сельскохозяйственных культур на калийные удобрения, на основе которой возможны разработки нормативов и практических рекомендаций по использованию калийных удобрений в условиях различных агроландшафтов и погодных условий. Созданная на основе модели компьютерная программа помещена на страничку Internet по адресу http://www.gpais.co.uk/moda-dig/potass.htm.

Разработана модель взаимодействия подвижных форм фосфора и калия при формировании урожая сельскохозяйственных культур, с использованием которой впервые:

-предложены способ регулирования плодородия почв по фосфору и калию по лимитирующему элементу минерального питания;

-проведена группировка районов Курской области по соотношению подвижных фосфора и калия и определены районы, нуждающиеся в его оптимизации.

Для условий ЦЧЗ разработана модель системы удобрения в агро-ландшафте и на ее основе создана автоматизированная система ее проектирования.

В диссертационной работе дается теоретическое и экспериментальное обоснование:

- концепции самоорганизации калийного режима почвы, как методологической основы его моделирования в системе «почва-растение».

-научно-методическим подходам к регулированию и прогнозированию уровней содержания подвижных форм калия в почвах;

- модели режима калия в системе «почва-растение и компьютерной программы для ее реализации;

- модели системы удобрения в агроландшафтах и автоматизированной системы на ее основе.

Практическая значимость данной работы обусловлена тем, что одна из разработанных моделей «Модель отклика почвы и растений на калийные удобрения» широко используется для моделирования действия калийных удобрений на разных почвах, а также в обучающем процессе. Она доступна для пользователей в интерактивном режиме через сеть Internet. На основе другой модели, системы удобрения в агроландшафте, создана автоматизированная система по проектированию программ управления плодородием почв и систем удобрения, которая внедрена в Белгородском Центре агрохимобслуживания. Начиная с 1994 года с ее помощью осуществляется расчет проектов и программ повышения плодородия почв для хозяйств Белгородской области.

Методические подходы к прогнозу изменения плодородия и регулированию плодородия почв по соотношению между подвижными формами фосфора и калия могут использоваться в агрохимической практике при разработке систем удобрения и окультуривании почв в отношении фосфора и калия, а также экологическими службами для прогноза деградации почвы в отношении калия.

Автор выражает искреннюю благодарность Чуяну Г.А., Гринвуду Д.Д., Сулиме А.Ф., Дмитриевой Г. А., а также всем сотрудникам Лаборатории агрохимии ВНИИЗ и ЗПЭ за сотрудничество и помощь, оказанкую при проведении научных исследований и подготовке диссертации.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕОРИИ САМООРГАНИЗАЦИИ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ КАЛИЙНОГО РЕЖИМА В СИСТЕМЕ «ПОЧВА-РАСТЕНИЕ»

Заключение Диссертация по теме "Агропочвоведение и агрофизика", Карпинец, Татьяна Викторовна

ВЫВОДЫ

2. Каждая почва, в соответствии со своими первичными свойствами (минералогический состав, содержание гумуса, степень выветрелости скелетной части и т.п.), характеризуется определенным устойчивым стационарным состоянием калийного режима и устойчивыми содержаниями в почве форм калия. Почва стремится вернуться к этому устойчивому состоянию после внешних воздействий, вызывающих как положительные, так и отрицательные отклонения форм калия от стационарных уровней.

3. Количественная оценка устойчивых стационарных содержаний форм калия в почвах осуществляется на основе анализа линейной зависимости изменений в содержаниях форм калия от созданного их уровня в почве на основе данных многолетних полевых и микрополевых исследований. Устойчивые стационарные уровни подвижных (по методу Чирикова), обменных (по методу Масловой) и фиксированных (по методу Пчелкина) форм калия для чернозема типичного тяжелосуглинистого среднегумусированного, установленные на основе соответствующих линейных зависимостей, составили 10.7 мг К20/100, 15.4 мг К20/100г и 83.5 мгК20/100г соответственно.

4. Изменения подвижных и обменных форм калия в почве в процессе ее многолетнего сельскохозяйственного использования (ДК) можно прогнозировать по уравнению ДК = А*(Ко -Кст.)+ Д*Вк, где Ко -исходное содержание формы калия в почве; Кст. - уровень ее стационарного содержания; Вк - уровень созданного баланса калия; А и Д

- эмпирические коэффициенты, характеризующие темпы восстановления стационарного состояния в зависимости от величины отклонения исходного содержания от стационарного уровня и от уровня созданного баланса калия соответственно. По результатам многолетних полевых опытов в ЦЧЗ установлены значения параметров модели для черноземов типичных и выщелоченных.

5. На основе анализа модели трансформации форм калия в почве установлены почвенные характеристики калийного режима (параметр половинного прохождения реакции фиксации и параметр фиксации-высвобождения, характеризующий долю фиксации калия от внесенного), определяемые известными агрохимическими методами, на основе которых можно вычислить константы скоростей фиксации и высвобождения калия почвой, что позволяет количественно оценить данные процессы при вегетации сельскохозяйственных культур.

7. Одним из проявлений самоорганизующей способности калийного

137 режима почвы является эффект блокирования Cs ионами калия в результате внесения высоких доз калийных удобрений после предварительного истощающего выращивания по этому элементу. Данный эффект позволяет снизить переход радиоцезия в продукцию растениеводства на загрязненной этим радионуклидом почве.

8. На основе модели взаимодействия подвижных фосфора и калия при формировании урожайности сельскохозяйственных культур выведено уравнение для вычисления оптимального соотношения между ними

К/Р)опт. = F + Vf2 + 1 , где F = (B-A)/d. Параметры А, В и d являются коэффициентами регрессионного уравнения связи урожайности этой культуры с подвижными формами фосфора (Р) и калия (К) в почве вида

2 2

Y=d-K-P+A-P +В -К + Yo, которое можно получить при статистическои обработке данных многолетних полевых опытов, представленных в виде сопряженных значений урожайности культуры и содержаний подвижных форм фосфора и калия в почве. В результате статистической обработки данных микрополевого опыта и многолетних полевых опытов на черноземах типичных и выщелоченных ЦЧЗ установлены значения оптимального соотношения между подвижными формами фосфора и калия в почве для ведущих культур этой зоны.

10. Разработанная на ландшафтно-экологической основе модель системы удобрения в агроландшафте позволяет проводить планирование урожайности сельскохозяйственных культур и расчеты потребностей в удобрениях для , каждого рабочего участка в хозяйстве, а также разрабатывать мероприятия по повышению плодородия почв, формировать годовые планы применения удобрений и осуществлять прогноз практической реализации разработанных проектов системы удобрения.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Для оценки систем удобрения и деградации почвы в отношении калия агрохимическим и экологическим службам рекомендуется использовать метод прогноза многолетних динамических изменений подвижных форм калия и разработанные нормативные значения параметров для черноземов типичных и выщелоченных.

4. Для более адекватной характеристики плодородия почв территорий хозяйств, районов и областей по обеспеченности подвижными формами фосфора и калия рекомендуется определение их средних значений на данных территориях с учетом логнормального характера распределения этих агрохимических показателей.

5. Агрохимическим службам и землеустроительным организациям ЦЧЗ рекомендуется использовать компьютерную программу по автоматизированному проектированию систем удобрения, созданную на основе модели системы удобрения в агроландшафте.

6. Способ снижения перехода радиоцезия в продукцию растениеводства, основанный на эффекте блокирования рекомендуется использовать для производства нормативно безопасной продукции растениеводства на загрязненных радиоцезием территориях

Библиография Диссертация по сельскому хозяйству, доктора сельскохозяйственных наук, Карпинец, Татьяна Викторовна, Курск

1. Агроклиматические ресурсы Курской области. -Л.:Гидрометеоиздат, 1971.-104с.

2. Агрохимические методы исследования почв. М. : Наука, 1975.-656с.

3. Агрохимия/ Под редакцией Б.А. Ягодина. М.:Колос, 1982.574с.

4. Алексахин P.M., Моисеев И.Т., Тихомиров Ф.А. Поведение Cs-137 в системе почва-растение и влияние внесения удобрений на накопление радионуклида в урожае.//Агрохимия.1992. N8. С. 127-138.

5. Андронов А.А. // Собр.соч,- М„ 1956. С 85-124.

6. Аникст Д.М., Гусельников В.Г., Виноградова Р.И. Зависимость урожая яровой пшеницы от условий увлажнения и содержания подвижных форм фосфора и калия в пахотном слое выщелоченного чернозема Алтайского края // Бюллетень ВИУА. М.:ВИУА, 1988. - С. 6-10.

7. Арнольд В.И. Лекции о бифуркациях и версальных семействах. Успехи математических наук . -1972. - Т.27. - Вып.5. - С. 119-184.

8. Арнольд В.И. Теория катастроф. М.: Наука, 1990. - 128 с.

9. Артюшин А.И., Державин Л.М., Краткий справочник по удобрениям. М.:Колос, 1984. - 207с.

10. Афанасьева Е.А. Черноземы Средне-Русской возвышенности. -М.:Наука, 1966. -224с.

11. Барбер С.А. Биологическая доступность питательных веществ в почве. Механистический подход /Пер.с англ.- М.: Агропромиздат, 1988.376 с.

12. Богдевич И.М., Шаталова Р.В., Рачевская JI.C., Модель учета влияния агрохимических свойств почв на урожай озимой ржи //Бюллетень почвенного института имени В.В,Докучаева. Москва, 1985. - Вып. XXXVI.-С. 14-15.

13. Болдырева Т.В. Элементы моделирования процесса накопления подвижного калия в эродированных почвах // Тез. докл. Всес. школы молодых ученых, 8-14 июля 1982г. -М., 1982. С.70-71.

14. Болдырев Н.К., Зверева Е.А. Методические указания по определению доз удобрений на запланированный урожай сельскохозяйственных культур в условиях орошения. М.ВАСХНИЛ, ВИУА, 1986. - 84с.

15. Болдырев Н.К. Комплексный метод почвенной диагностики условий питания, расчета доз удобрений и величины урожайности сельскохозяйственных культур // Доклады ВАСХНИЛ. 1976. - №6. - С. 11-13.

16. Болдырев Н.К. Использование нормативных показателей в методе листовой диагностики для расчета норм удобрений на запланированный урожай пшеницы // Агрохимия. 1983. - №2. - С. 105113.

17. Бровкин В.И., Караева О.Н. Влияние удобрений на продуктивность культур и свойства почвы во второй ротации зернового севооборота на выщелоченном черноземе Тульской области // Агрохимия. 1993.-N2.-С. 50.

18. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.:Наука, 1986. - 544с.

19. Володин В.М., Здоровцов И.П. Конструирование экологически устойчивых агроэкосистем // Земледелие.- №1.- 1999. С. 18-20.

20. Воронина И.И. Влияние длительного применения удобрений на продуктивность севооборота и агрохимические показатели чернозема: Автореф.дис.канд.с.-х.наук.- М. 1982. - 24 с.

21. Гапонов-Грехов А.В., Рабинович М.И. Хаотическая динамика простых систем // Природа 1981. - №2. -С.

22. Глендсдорф П., Пригожин И. Термодинамическая теория структур, устойчивости и флуктуации. М.:Мир, 1972.

23. Глушков В.М., Иванов В.В., Яненко В.М. Моделирование развивающихся систем. М.:Наука, 1983. - 349с.

24. Горбунов Н.И. Минералогия и физическая химия почв. -М.:Наука, 1978. -294с.

25. Градусов Б.П., Яковлева О.А. Структурно-минералогическое состояние калия в почвах // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. 1995. - № 5. - С. 24-28.

26. Гродинз Ф. Теория регулирования и биологические системы. -М.:Мир, 1966.-254с.

27. Губанов В.А., Захаров В.В., Коваленко А.Н. Введение в системный анализ. Л.:Изд-во Ленинградского университета, 1988. - 232с.

28. Гулякин И.В., Юдинцева Е.В. Влияние длительного применения удобрений на накопление радиоактивных продуктов деления в урожае // Изв. ТСХА. 1959. - №3. - С. 37.

29. Гулякин И.В., Юдинцева Е.В. Сельскохозяйственная радиобиология М. :Колос, 1973. - 272 с.

30. Гулякин И.В.Система применения удобрений. М.: Колос, 1977.-240 с.

31. Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведении. -М.: Изд-во Московского университета, 1995. 320с.

32. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.:Колос, 1979.416с.

33. Ельников И.И., Кочетов А.Н. Оптимизация миерального питания растений методом индексов // Агрохимия. 1987. - №12. - С.82.

34. Ельников И.И. Интегрированная система диагностики питания растений (ИСОД) // Плодородие почв при интенсивном земледелии / Научн. труды Почвенного ин-та им. В.В. Докучаева. М., 1990. - С.3-13.

35. Ельников И.И. Комплексные методы диагностики эффективного плодородия почв: Автореф. дис. . канд. доктора с.-х. наук в форме научного доклада.- М., 1993. 48с.

36. Ефремов В.В. Моделирование почвенного плодородиячернозема типичного // Модели плодородия почв и методы их разработки // Научн. труды Почвенного ин-та им. В.В. Докучаева. М., 1982. - С.78-84.

37. Журбицкий З.И., Лавриченко В.М. Определение потребности растений в питании и удобрении по соотношению NPK (обзорная информация). М., 1982. - 63с.

38. Жученко А.А. Адаптивное растениеводство.-Кишинев :Штиинца.- 1990.- 432с.

39. Земледелие /С.А.Воробьев, А.Н.Каштанов, А.М.Лыков, И.П.Макаров; Под ред С.А. Воробьева. -М.:Агропромиздат, 1991. -527с.

40. Земледелие и рациональное природопользование (экологические и социально-экономические аспекты) М,:Изд-во Моск.ун-та, 1998,- 304с.

41. Ивойлов А.В. Влияние известкования и минеральных удобрений на урожай культур и плодородие выщелоченного чернозема // Агрохимия. N 111 -1988

42. Интегрированная система оперативной диагностики питания зерновых культур и кукурузы на силос (ИСОД) /Почвенный институт им. В.В.Докучаева. М. 1986. 72 с.

43. Канунникова Н.А. Термодинамические потенциалы почвенных реакций и буферные свойства почв // Итоги науки и техники ВИНИТИ. Почвоведение и агрохимия. 1986. Т. 6. С. 87—184.

44. Канунникова Н.А., Ковриго В.П., Власова Т.Ю., Масленникова Н.В. Изменнеия калийного равновесия в дерново-среднеподзолистых почвах под влияния роста и развития растений // Генезис и регулирование плодородия почв. Горький, 1984. - с. 47-54.

45. Карманов И.И., Булгаков Д.С. Ландшафтно-сельскохозяйственная типизация территории (методическое пособие). -Москва, 1997,- 110с.

46. Карпачевский П.О. Динамика свойств почв. М.: Геос, 1997.170с.

47. Карпинец Т.В. Оптимизация калийного режима эродированных типичных черноземов ЦЧЗ: Дис. канд. биол. наук,-Курск, 1988. 168 с.

48. Карпинец Т.В. Создание заданных уровней калия в почве с учетом ее калийфиксирующей способности // Тез. докл. конф. «Роль молодых ученых и специалистов в развитии агропромышленного комплекса» 24-25 марта 1988г. Свердловск, 1988. -С.21.

49. Карпинец Т.В., Чуян Г.А. Обеспечение заданного уровня содержания калия в черноземах с учетом их фиксирующей способности / Науч.тех.бюлл. ВНИИЗиЗПЭ. -1988. Вып.2(57). - С. 3-8. .

50. Карпинец Т.В.,Липкина Г.С. Устойчивые стационарные состояния калийного режима в почвах // Почвоведение. 1991. - N3. - С.6167.

51. Карпинец Т.В., Липкина Г.С. Устойчивые стационарные состояния калийного режима в почвах // Почвоведение. -1992,- N3.- С. 6168.

52. Карпинец Т.В. Определение устойчивых стационарных содержаний форм калия в почвах // Почвоведение . 1994. - № 10. -С.93-98.

53. Карпинец Т.В., Видулина Т.Д. Возможный способ снижения перехода радиоцезия в продукцию растениеводства // Тез. докл. научнопрактич. конф., посвященной 25-летию ВНИИЗ и ЗПЭ. Курск, 1995. -С.12-13.

54. Карпинец Т.В., Киселев Ю.В. База данных контролируемых показателей для агроэкологического мониторинга плодородия почв // Тез. докл. научно-практич. конф., посвященной 25-летию ВНИИЗ и ЗПЭ. -Курск, 1995. С.44-45.

55. Карпинец Т.В. Метод прогноза изменений содержания форм калия в почвах // Тезисы докладов II съезда общества почвоведов (27-30 июня 1996г., Санкт-Петербург), Кн.1.-1996.- С.350-351.

56. Карпинец Т.В., Чуян Г.А. Способ возделывания сельскохозяйственных культур на загрязненных радиоцезием почвах //Охрана почв и проблемы экологического земледелия /Тез.докл. научно-практич. конф. Курск: Изд-во КГСХА, 1997. - 42с.

57. Карпинец Т.В., Чуян Г.А. Возможный подход к получению функциональных связей урожайности культур с содержанием подвижных форм фосфора и калия в почве // Научн.техн.бюл. ВНИИЗиЗПЭ. Курск, 1990. - Вып. 1(64) - С.31-37.

58. Капура А.В. Системно-экологическое моделирование и вопросы прогностики //Природа моделей и модели природы. М. Мысль, 1986.-С.131-159

59. Каштанов А.Н., Явтушенко В.Е. Агроэкология почв склонов. -М.: Колос, 1977.-240 с.

60. Каюмов М.К. Программирование продуктивности полевых культур: Справочник. М.:Росагропромиздат, 1989. - 368 с.

61. Кирикой Я.Т., Платонова Л.С., Новиков А.И., Листова М.П. Количественная оценка влияния комплекса факторов на урожай картофеля // Бюллетень ВИУА. М.:ВИУА, 1988. - С. 3-6.

62. Кирюшин В.И. Методика разработки адаптивно-ланшафтных систем земледелия и технологий возделывания сельскохозяйственных культур. М:ТСХА. - 1995,- 82 с.

63. Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия.- М.: Колос, 1996.-367с.

64. Кобзаренко В.й. Значение подпахотных горизонтов почв в снабжении растений фосфором и калием // Плодородие почв и пути его повышения . М.: Колос, 1983. - С.84-91.

65. КовдаВ.А. Биогеохимия почвенного покрова. М.:Мысль, 1985.-263 с.

66. Коммонер Б. Замыкающийся круг. Л., 1974

67. Компьютеры и нелинейные явления: Информатика и современное естествознание. -М.: Наука, 1988. 192 с.

68. Концепция формирования высоко продуктивных экологически устойчивых агроландшафтов и совершенствования систем земледелия на ландшафтной основе / ВНИИЗиЗПЭ. Курск. 1992. - 138стр. (авторский коллектив).

69. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике -М. : Наука. -1977,-831с.

70. Костриков К.А.,Малова А.В. Плодородие выщелоченного чернозема после 14-летнего применения удобрений.// Почвоведение. -1980. -N7. -С. 156-160.

71. Крастинь О.П. Разработка и интерпретация моделей корреляционных связей в экономике. Рига: «Зинантне», 1983. - 302с.

72. Краткие указания по использованию нормативов для определения экономической эффективности удобрений, применяемых вусловиях производства (нормативные материалы ЦИНАО) -М.:ВНИПТИХИМ., 1983. Зс.

73. Кулаковская Т.Н. Оптимизация агрохимической системы почвенного питания растений М.:Москва ВО "Агропромиздат",1990. -218 с.

74. Кулаковская Т.Н. Почвенно-агрохимические основы получения высоких урожаев. Минск. :Ураджай, 1978.

75. Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Синергетика теория самоорганизации: Идеи, методы, перспективы. -М. .Знание, 1983. - 150с.

76. Ландшафтное земледелие. Часть I. Российская академия сельскохозяйственных наук, ВНИИЗ и ЗПЭ. - Курск, 1993. - 98 с.

77. Леонтьев А.К. Сочетания и соотношения минеральных удобрений и навоза в зернопаропропашном севообороте // Результаты исследований в длительных опытах с удобрениями по зонам страны. -М.:ВИУА, 1981. С. 108-120.

78. Ли Э.Б., Маркус Л. Основы теории оптимального управления. -М.:Наука, 1972.-574с.

79. Лигум С.Т. Итоги 35-летних исследований эффективности возрастающих доз удобрений в севообороте // Сб.научн.тр. :Проблемы повышения эффективности производств сахарной свеклы и других культур в ЦЧП. Киев, 1978.-С. 101-112.

80. Липкина Г.С., Чистова Т.А. Связь урожая ячменя с агрохимическими свойствами дерново-подзолистых почв и их положением в рельефе // Бюллетень ВИУА, М., 1988,90, с.38-44.

81. Липкина Г. С. Влияние пород и рельефа на плодородие дерново-подзолистых почв Центрального района России. Автореф.дис. -М. 1993. -41 с.

82. Липкина Г.С. Содержание подвижных соединений калия в интенсивно удобряемых дерново-подзолистых суглинистых почвах// Почвоведение. -1986. -N12. С.69-75.

83. Ляпунов А.А. Общая задача об устойчивости движения -Харьков, 1892.

84. Макаров Р.Ф., Архипова В.В. Действие удобрений на продуктивность севооборота и изменение их эффективности во времени // Результаты исследований в длительных опытах с удобрениями по РСФСР. -М.:ВИУА, 1986. С. 94 - 128.

85. Марри Дж. Нелинейные дифференциальные уравнения в биологии . М.:Мир, 1983. - 397с.

86. Мартынов А.С., Артюхов В.В., Виноградов В.Г., Ильин Н.И., Черненков М.В., Россия: стратегии инвестирования в кризисный период (инвестиционный климат России). М.:ПАИМС. - 1994. - 240с.

87. Математическая энциклопедия, т.З. М. ."Советская энциклопедия", 1982. - 1184с.

88. Медведева О.П. К вопросу оценки обеспеченности растений доступным калием// Агрохимия. 1987. - №1. - С. 20-26.

89. Медведева О.П. Необменно-фиксированный калий удобрений, как показатель обеспеченности растений доступным калием // Агрохимия. -1983. -№11.-С. 25-31.

90. Методика разработки рекомендаций по применению удобрений с помощью ЭВМ. М.: ВАСХНИЛ, ВИУА, 1990. - 125 с.

91. Методика разработки систем земледелия на ландшафтной основе. Курск. - Изд-во КГСХА., 1996.- 132 с.

92. Методические указания по комплексному агрохимическому окультуриванию полей. Центральный институт агрохимического обслуживания сельского хозяйства.- М. 1982. 54 с.

93. Методы математической биологии: В 8 кн. Киев.: Вшца школа, 1981. -326с.

94. Милсум Дж. Анализ биологических систем управления. -М.:Мир, 1968.-501с.

95. Минеев В.Г. Агрохимия. М.: Изд-во МГУ, 1990. - 486 с.

96. Минеев В.Г. Экологические проблемы агрохимии. Изд-во МГУ, 1988. - 120с.

97. Модели управления продуктивностью агроландшафтов. -Курск: Изд-во КГСХА. 1998. - 215 с.

98. Моисеев И.Т., Агапкина Г.И., Рерих Л.А. Изучение поведения I37Cs в почвах и его поступления в сельскохозяйственные культуры в зависимости от различных факторов // Агрохимия. 1994. - №2. - С. 103118.

99. Муха В.Д., Бондарева К.Г., Чуян Г.А., Карпинец Т.В. Проектирование системы удобрения в севообороте. Курск, 1996. - 132с.

100. Система управления плодородием почв в ЦентральноЧерноземной зоне. -Курск: Изд-во КГСХА, 1996. 136с.

101. Мучник Г.Ф. Упорядоченный беспорядок, Управляемая неустойчивость // Химия и жизнь 1984. - №5. - С.9-18.

102. Най П., Тинкер П. Движение растворов в системе почва -растение /Пер.с англ. М.: Колос, 1980. - 368 с.

103. ИЗ. Наконечная М.А. К вопросу содержания подвижных фосфора и калия в смытых черноземах // Бюллетень ВИУА. 1984 - N71. - С 73-76.

104. Научные основы и рекомендации по эффективному применению органических удобрений (по зонам страны). М.: ВАСХНИЛ, 1991.-216с.

105. Никитишен В.И. Оптимизация минерального питания растений и баланс веществ в условиях интенсивного применения удобрений на типичных черноземах и серых лесных почвах: Дис. . докт. биол наук. -М„ 1984.-382с.

106. Никитишен В.И. Условия минерального питания и отзывчивость озимой пшеницы на калийные удобрения // Агрохимия. -1975. -N2. С.40-47.

107. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных сситемах.-М.:Мир, 1979.-512с.

108. Носко Б.С., Кучир Н.А., Роздайбеда В.Г. Моделирование агрохимических свойств почв //Моделирование почвенного плодородия иоптимизация удобрения в различных природно-сельскохозяйственных зонах/ Бюл. ВИУА. М.,1988. N90. - С. 3-14.

109. ОдумЮ. Основы экологии. -М.:Мир.- 1975.

110. Ониани О.Г. Агрохимия калия. М. .Наука, 1981. - 200с.

111. Пачепский Я.А. Закономерности и модели водной миграции ионов в почвах аидных и семиаридных областей: Дис. . д-ра биол. наук. -М., 1986, 681с.

112. Плодородие черноземов России /Под ред. Н.З. Милащенко. -М.:Агроконсалт, 1998. -688с.

113. Полищук Ю.М., Хон В.Б. Теория автоматизированных банков информации.- М.:Высш.шк., 1989. 184 с.

114. Пономарев А.И. Эффективность удобрений в типичном звене севооборота на оподзоленных выщелоченных черноземах лесостепи ЦЧО // Результаты исследований в длительных опытах с удобрениями по зонам страны. М.:ВИУА, 1982. - С. 70 - 93.

115. Постников А.В., Шафран С.А. Регулирование содержания фосфора и калия в различных почвах путем интенсивного применения удобрений // Химия в сельском хозяйстве. 1980. - №6. -С. 14-19.

116. Почвенно-агрохимические основы устойчивости земледелия Центрально-Черноземной зоны / Под ред. акад. ВАСХНИЛ Милащенко Н.З. М.: Агропромиздат, 1991. - 143 с.

117. Пристер Б.С., Перепелятникова Л.В., Куновский В.Н. Влияние удобрений и мелиорантов на поступление радиоцезия в растения картофеля // Тез. докл. 1-го Всесоюз. радиобиологического съезда. Пущино, 1989. Т.2. - С. 511.

118. Программное обеспечение персональных ЭВМ/ Стогний А.А. и др./- Киев: Наук.думка, 1989. 368 с.

119. Проектирование системы удобрения.- Изд-во Курской Госсельхозкадемии, Курск. 1996. - 103 с.

120. Прокошев В.В. Агрохимия калийных удобрений /по материалам исследований на дерново-подзолистыхпочвах: Автореф. дис. . д-ра биол. наук. М., 1984. - 39с.

121. Прокошев В.В. Актуальные вопросы агрохимии калийных удобрений // Агрохимия. 1985. - №4. - С. 32-41.

122. Прокошев В.В. Оптимизация калийгного питания растений. -Параметры плодородия основных типов почв. М.:Агропромиздат, 1988. -262с.

123. Прокошев В.В., Бордукова С.С. Влияние калийных удобрений на содержание различных форм калия в почве // Агрохимия. 1980. № 1. С. 46—51.

124. Прохорова З.А., Фрид А.С., Шуватова И.Д. Методические указания по разработке эмпирической динамической модели содержания подвижных фосфатов в почве. -М.: ВИУА, 1989. 12с.

125. Проценко Е.П., Солодилов А.В., Траутвах И.В., Панкратов С. А. Сахарная свекла на склонах // Сахарная свекла. 1999. - N2. - С. 14.

126. Пчелкин В.У. Почвенный калий и калийные удобрения. -М.:Колос, 1966.-336с.

127. Рабочев И.С., Королева И.Е. // Плодородие почвы: проблемы, исследования модели/ Научн. труды Почвенного ин-та им. В.В. Докучаева. -М., 1980. С.29-37.

128. Региональные эталоны почвенного плодородия (авторский коллектив)/Почвенный институт им.В.В.Докучаева. М.-1991.-273с.

129. Результаты исследований в длительных опытах с удобрениями по зонам страны,- М.:ВИУА,1978.- Вып.6.-163с.

130. То же.-М.:ВИУА,1978.-Вып.7.- 205с.

131. То же.-М.:ВИУА,1980.-Вып.9,- 166с.

132. То же.-М.:ВИУА, 1982.-Вып. 11.-121с.

133. То же.-М.:ВИУА, 1988.-143с.

134. Результаты исследований в длительных опытах с удобрениями по РСФСР,- М.:ВИУА,1986,- Вып.17.-189с.

135. Результаты исследований в длительных опытах с удобрениями по Сибири, Казахстану и УССР,- М.:ВИУА,1985,- Вып. 16,-155с.

136. Результаты исследований в длительных опытах с удобрениями по Южному и Западному регионам.- М.:ВИУА,1983.- 170с.

137. Реймерс Н.Ф. Экология. Теории, законы, правила, принципы и гипотезы.- М.: Россия молодая, 1994.-230с.

138. Реклейтис Г., Рейвиндран А., Рэгсдел К. Оптимизация в технике: В 2-х кн. М.:Мир, 1986. - 320с.

139. Рекомендации по снижению перехода радионуклидов в продукцию растениеводства (агрохимические приёмы).- М.: ВПНО "Союзсельхозхимия"и ЦИНАО, 1991,- 26 С.

140. Рекомендации по ведению сельскохозяйственного производства в условиях радиоактивного загрязнения территории в результате аварии на Чернобыльской АЭС на период 1991-1995гг. М., 1991,-56с.

141. Розенберг Г.С. Модели в фитоценологии. М.:Наука. - 1984.265с.

142. Розов Н.Н.,Булгаков Д.С., Вадковская Н.Н. Прогноз повышения почвенного плодородия на основе разработки экологических моделей // Доклады ВАСХНИЛ.-1984,- Nl.-C.3-5

143. Романов Б.А., Кушниренко А.С. dBASE IV. Назначение, функции, применение. М. Радио и связь, 1991. - 384 с.

144. Романовский Ю.М., Степанова Н.В., Чернавский Д.С. Математическое моделирование в биофизике. -М.:Наука, 1975. 304с.

145. Рубин А. Б. Биофизика. Кн. 1. Теоретическая биофизика. М.: Высш. шк. 1987. 319 с.

146. Руководство по применению экологически безопасных норм минеральных и органических удобрений / НПО «Югмелиорация, НПЛ «ВолжнНИИГиМ, ВИУА, НПО «Прогресс»- Новочеркасск: ГЛАВВОДХОЗ. 1993,- 202 с.

147. Рыжова И.М. Нелинейная математическая модель круговорота углерода в почве // Тез.докл. II съезда общества почвоведов (27-30июня 1996 г., Санкт-Петербург). Книга 2 Санкт-Петербург, 1996. - С. 385-386.

148. Сдобникова О.В., Трофимов С.Н., Хачатрян С.М. Оценка параметров эффективного плодородия почв // Параметры плодородия основных типов почв. М.: Агропромиздат, 1988. - С.78-94.

149. Сизов В.Н. Математическая формулировка основных законов земледелия и возможности их использования для построения производственных функций в овощеводстве // Доклады ТСХА, Плодоводство и овощеводство. М.: 1980. - Вып. 261. - С. 109-113.

150. Сиротенко О.Д. Математическое моделирование водно-теплового режима и прродуктивности агроэкосистем. -Л.:Гидрометеоиздат. 1981. - 168с.

151. Система земледелия Курской области. Курск: изд-во «Курская правда», 1982. - 204с.

152. Система управления плодородием почв в ЦентральноЧерноземной зоне.-Курск: Изд-во КГСХА, 1996. 136 с.

153. Слуцкая А.Д. Формы калия и их сезонные изменения // Труды X Международного конгресса почвоведов, т. IV. М. :Наука, 1974. - С. 358-365.

154. Соколова Т.А. Глинистые минералы в почвах гумидных областей СССР: Дис. . д-ра биол. наук. М., 1980. - 470с.

155. Соколова Т.Д., Куйбышева И.П. Факторы, определяющие формы соединений и валовое содержание калия в серых лесных почвах // Почвоведение. 1989. № Z. С. 23—34.

156. Сравнительная характеристика энергетического баланса основных геосистем центральной лесостепи в связи с их структурой и функционированием./Биогеофизические и математические методы исследования геосистем.-М.: Институт географии.- 1978. С.91-120.

157. Степанов И.Н. Почвенные прогнозы актуальная проблема современности //Оценка природно-мелиоративных условий и прогноз их изменений. - Пущино:ОНТИ НЦБИ АН СССР. - 1985. - 263с.

158. Стребков И.М., Кирикой Я.Т., Оптимизация параметров плодородия почВы и дозы минеральных удобрений //Бюллетень почвенного института имени В.В,Докучаева. Москва, 1985. - Вып. XXXVI.-С. 18-19.

159. Стребков И.М. Оптимизация калийного питания // Моделирование почвенного плодородия и оптимизация удобрения в различных природно-сельскохозяйственных зонах / Бюллетень ВИУА. -М., 1988.-№90.-С.-48-55.

160. Стулин А.Ф. Баланс фосфора и калия и затраты удобрений на увеличение содержания фосфора и калия в слабовыщелоченном черноземе// Агрохимия. 1989. - №10. - С.27-29.

161. Стулин А.Ф., Золотарева Б.Н. Влияние 20-летнего интенсивного применения удобрений на агрохимические свойства черноземов // Агрохимия.-N7. 1988.

162. Теоретические основы и пути регулирования плодородия почв / Л.Л.Шишов, Д.Н.Дурманов, И.И.Карманов, В.В.Ефремов. М.: Агропромиздат, 1991. - 304 с.

163. Титлянова А.А. Поведение цезия в почвах и слоистых минералах и накопление его в растениях: Автореф. дис. канд.биол.наук. Свердловск: Ин-т биологии УрО Ан СССР, 1963 21с.

164. Томпсон Дж.М.Т. Неустойчивости и катастрофы в науке и технике. -М.:Мир, 1985. 254с.

165. Тооминг Х.Г. Математическое моделирование структуры и продукционного процесса фитоценоза. Журн. общ. биол. -1974. - Т.35. -№2.-С. 181-195.

166. Удобрение в интенсивных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур / A.M. Артюшин, И.П. Дерюгин, А.Н.Кулюкин, Б. А. Ягодин: Под ред. И.П, Дерюгина. М.: Агропромиздат, 1991. - 223с.

167. Уэлдон Дж.-Л. Администрирование баз данных. -М.:Финансы и статистика, 1984.-207с.

168. Факторный, дискриминантный и кластерный анализ /Дж.-О.Ким, Ч.У.Мьюллер и др. М.: Финансы и статистика, 1989. - 215с.

169. Фрид А.С. Система моделей плодородия почв // Плодородие почв: проблемы исследования модели / Научн. труды Почвенного ин-та им. В.В. Докучаева. -М, 1985. С.37-43.

170. Фрид А.С., Прохорова З А. Изучение многолетней динамики подвижных фосфатов в дерново-подзолистой почве // Агрохимия. 1986. -№6. - С.22-28.

171. Фрид А.С. Система моделей плодородия почв:разработка и использование: Дис. . докторас./х. наук. -М., 1990. -317с.

172. ХакенГ. Синергетика. М.:Мир, 1980. -404с.

173. Химмельблау Д. Анализ процессов статистическими методами. -М.:Мир, 1973.-957с.

174. Географической сети длительных опытов с удобрениями и другими агрохимическими средствами, 23-27 марта 1998 г.-С. 100-101.

175. Церлинг В.В. Диагностика питания сельскохозяйственных культур:Справочник М. :Агропромиздат, 1990 - 235с.

176. Черных Н.А., Ладонин В.Ф. Вопросы нормирования тяжелых металлов в почве // Химия в сельском хозяйстве.- №5.-1995.-С. 10-13.

177. Четыркин Е.М., Калихман И.Л. Вероятность и статистика. -М.: Финансы и статистика, 1982. 319с.

178. Чичулин А.В. Синергетическое моделирование критических явлений в почвах // Тез.докл. II съезда общества почвоведов (27-30июня 1996 г., Санкт-Петербург). Книга 2,- Санкт-Петербург, 1996. С. 387-388.

179. Чуян Г. А. Балансовый метод расчета доз внесения органических удобрений на эродированных почвах // Научн.техн.бюл. ВНИИЗиЗПЭ. Курск, 1978. - Вып.2. - С.29-34.

180. Чуян Г.А., Бойченко З.А., Тур О.П. Методические рекомендации по оценке выноса биогенных элементов поверхностным стоком. М.:ВАСХНИЛ. - 1985. - 32 с.

181. Чуян Г.А., Ермаков В.В., Чуян С.И. Влияние эродированности и применения удобрений на содержание форм калия в типичном черноземе // Агрохимия. 1986. - N 10. - С.27-33.

182. Чуян Г.А., Капринец Т.В. Некоторые закономерности накопления калия в эродированных почвах // Научно-технических бюллетень ВНИИЗ и ЗПЭ. Курск, 1986. - Вып. 2/49. - С.48-52.

183. Чуян Г.А., Карпинец Т.В. Способ создания заданного уровня калия в почве. 1986. А.с. N 4050956/30 -15.

184. Чуян Г.А. Научные основы регулирования плодородия типичных черноземов на склоновых землях (в условиях ЦентральноЧерноземной зоны). Диссер на соиск. доктора сельскохозяйственных наук. Курск, 1994. - 61с.

185. Чуян Г.А., Карпинец Т.В. База данных для проведения агроэкологического мониторинга земель Курской области // Тезисы докладов Международного Экологического Форума "Современные экологические проблемы провинции". Курск, 1995. - С.268-269.

186. Чуян Г.А., Карпинец Т.В. Ресурсы земледелия в хозяйствах Курской области // Земледелие.- №1.-1999.- С. 17

187. Шафран С.А. Прогнозирование агрохимических показателей почвенного плодородия // Плодородие почв и пути его повышения . М.:1. Колос, 1983.-С. 129-133.

188. Шафран С.А. Оптимизация содержания подвижных форм фосфора и калия в различных почвах // Химия в сельском хозяйстве. 1984. -t.XXII. -№2. -С.6-9.

189. Шишов JI.JL, Карманов И.И., Дурманов Д.Н. Критерии и модели плодородия почв. М.: Агропромиздат, 1987. - 184 с.211. 'Эйген М., Винклер Р. Игра жизни М.:Наука, 1976. -93с.

190. Эмануэль Н.М,, Кнорре Д.Г. Курс химической кинетики. М.: Высш. шк., 1978,-312 с.

191. Эмсли Дж. Элементы. -М.:Мир., 1993. 256с.

192. Эрозия почвы / под ред. Кекбай М.Д. и Морган Р.П.С.- М.: Колос, 1984.-415 с.

193. Южаков А.И. Оптимизация применения удобрений на основе функций продуктивности // Бюллетень ВИУА. М.:ВИУА, 1988. - С. 5356.

194. Addiscott Т. М. Simulation, prediction, foretelling or prophesy? Some thoughts on pedogenetic modeling // Quantitive modeling of soil forming processes. SSSA Special Publication. No. 29. - Soil Sci. Soc. of America, Madison, WI. - P. 1-15.

195. Arnold P.W. The behaviour of potassium in soils. N115. - The fertilizer Society, York, UK, 1970. - C.3-15.

196. Arnold P.W. The potassium status of some English soils considered as a problem of energy relationships. N72. - The Fertilizer Society, York, UK, 1962.-C. 25-43.

197. Barnes, A., Greenwood, D.J. & Cleaver, T.J. A dynamic model for the effects of potassium and nitrogen fertilizers on the growth and nutrient uptkae of crops // Journal of Agricultural Science, UK-1976. V. 86-P. 225-244.

198. Barraclough P.B., Leigh R.A. Grass yield in relation to potassium supply and to concentration of cations in tissue water. Journal of Agricultural Science, UK. - 1993. -N121. - P. 157-158.

199. Beckett P.H.T. Critical cation activity ratios // Advances in Agronomy. 1972. -N. 24. - P. 378-412.

200. Bergman W. Nutrition disorders of plants development, visual and analytical diagnosis. - Gustav Fisher Verlag Jena: Stuttgart - New York., 1992.-P. 333 -380.

201. Bertilsson G. Environmental consequences of different farming systems using good agricultural practices // Proceedings of an international conference of the Fertilizer Society, Cambridge, 16-17 December, 1992. 27 p.

202. Bray R.H. Soil plant relations: The quantitative relation of exchangeable potassium to crop yields and to crop response to potash additions. // Soil Sci. 1944,- 58.-P.305-324.

203. Brouwer R. Functional equilibrium: sense or nonsense? -Netherlands Journal of Agricultural Science. 1983. -N31. - P. 335-348.

204. Cox F.R., Kamprath E.J., Mc Collum R.E. A descriptive model of soil test nutrient levels following fertilization // Soil Sci. Soc. Amer. J. 1981. -v.45.-N3. - P. 529-532.

205. Crank, J. The mathematics of diffusion. Clarendon Press, Oxford, 1957.-82 p.

206. Doorenbos, J. & Pruitt, W.O. Guidelines for predicting crop water requirements. F.A.O., Rome, 1977.

207. Eagle D.L. Release of non-exchangeable potassium from certain soils// Soil potassium and magnesium. Ministry of agriculture, fishers and food, HMSO, London, 1967. -P.49-54.

208. Feigenbaum S.R. et al. Release rate of potassium and structural cations from micas to ion exchangers in dilute solution//Soil. Sci. Soc. Amcr. J.-1981,- №45,-P. 501—506.

209. Fine I.O., Beiley L.A., Truog E. Abailability of fixed potassium as influenced by freezing and thawing // Soil Sci.Soc. Amer. Proc. 1940. - N5. -P. 183-186.

210. Glass, A. The regulation of potassium absorption in barley roots // Plant Physiology. 1975. - N 56. - P. 377-380.

211. Goulding K.W.T., Talibudeen O. Potassium reserves in a sandy clay soil from the Saxmundhum experiment: Kinetics and equilibrium thermodinamics.// J. Soil Sci.- 1979. -N 30.- P.291-302.

212. Greenwood D. J. Response of potatoes to N fertilizer: Qualitative relation for components of growth // Plant and Soil. 1985. - N85. - P. 163183.

213. Greenwood D.J., Cleaver T.J., Loquens M.N. and K.B.Niendorf. Relationship between plant weight and growing perion for vegetable crops in the United Kingdom // Ann.Bot.- 1977. -N 41. -P.987 997.

214. Greenwood D.J., Stone D.A. Prediction and measurement of the decline in the cntical-K, maximum-K and total cation plant concentrations during the growth of field vegetable crops // Annals of Botany. 1998. - N 82. -P.871-881.

215. Greenwood, D.J., Gastal, F., Lemaire, G., Draycott, A., Millard, P. & Neeteson, J.J. Growth rate and %N of field grown crops: theory and experiments //Annals of Botany. 1991. -N67.-P. 181490.

216. Greenwood, D.J., Rahn, С., Draycott, A., Vaidyanathan, L.V. & Paterson, C. Modelling and measurement of the effects of fertilizer-N and crop residue incorporation on N-dynamics in vegetable cropping // Soil Use and Management. 1996. -N12. - P. 13-24.

217. Greenwood D.J., Karpinets T.V. Dynamic model for the effect of K-fertilizer on crop growth, K-uptake and soil-K in arable cropping. 1. Description of the model // Soil Use and Management.-1997. V.13. - P. 178183.

218. Greenwood D.J., Karpinets T.V. Dynamic model for the effect of K-fertilizer on crop growth, K-uptake and soil-K in arable cropping. 1. Field test of the model // Soil Use and Management.-1997. V. 13. - P. 184-189.

219. Harrison -Murray, R.S., Clarkson D.T. Relationship between development and the adsorption of ions by the root system of Cucurbita pepo // Planta. 1973. -N 114. -P.l-16.

220. Hammond A.L. World Resources.-Oxford: Oxford University Press.- 1992,- 263p.

221. Hildreth C.G. Possible models for agronomic-economic research / Fertilizer innovations and resource use. -Iowa St. Col. Press,Ames:Iowa.-1957.-P. 176-186.

222. Huang W.H., Crossan L.S., Rennie D.A. Chemical dynamics of K-release from potassium minerals common in soils // Int. Congr. Soil. Sci. Trans. 9th V. 2. (Adelaide, Ausir.). 1968. P. 705—712.

223. Jenkinson D.S. Rothamstead long-term experiments: are they still of use? // Agronomy Journal 1991. - No. 83. - P. 1 -10.

224. Jenkinson D.S. The accumulation of organic matter in soil left uncultivated // Rothamstead experemental station report for 1970, part 2. -Rothamstead experemental station, Harpenden, England. P. 113-137.

225. Johnston А.Е. Potassium fertilization to maintain К balance under various farming systems // Nutrient balances and the need for potassium. -International Potash Institute, Bern, 1986.-P. 199-226.

226. Jungk A., Claasen N. Availability of phosphate and potassium as the result of interactions between root and soil in the rhizosphere // Z. Pflanz. Bod.-1986.- N 149.- P.411 427.

227. Kadar I., Csatho P., Sarkadi J. A tataj PK ellatottsaga es Pk-tragyazas hatekonysaga kozotti osszefugges meszes csernozjom talajon // MTA Talajtani Tarsasag Vandorgyulese, Szarvas, Agrokemia es Talajtan. 1989.38.- 78-82.

228. Kadar I., Csatho P., Sarkadi J. Potassium fertilization in Hungary: responses in maize and in other crops // Acta Agronomica Hungarica. 1991.-V. 40 (3-4).-P. 295-317.

229. Karpinets T.V. Estimation of К fixation and release in soil by two consecutive methods. // Potassium in Ecosystems / 23 Colloquium of the International Potash Institute., Praque, Chechoslovakia, october 12-16, 1992. -P. 391 -395.

230. Karpinets T.V., Lipkina G.S. Stable Steady States of the Potassium Regime in Soil // Eurasian Soil Sci.- 1992. 24/7. - P.9-17.

231. Karpinets T.V. Determination of stable stationary contents of forms of potassium in soils // Eurasian Soil Sci.- 1995. 27/9. - P. 88-97.

232. Kirk G.J.D., Ahmad A.R., Nye P.H. Coupled diffusion and oxidation of ferrous iron in soils. II. A model of the diffusion and reaction of О " , Fe 2+, H+and HCO3" in soils and a sensitivity analysis of the model // J.Soil Sci.- 1990.-N41. -P.411-431.

233. Kuchenbuch, R.O. Potassium dynamics in the rhizosphere and potassium availability // Methodology in soil-K research. 20th Colloquium of the International Potash Institute. Vienna, 1988. - P. 199-215.

234. Le Bot J., Kirkby E.A. Diurnal uptake of N03 and К diuting the vegetative growth of tomato plants. Journal of Plant Nutrition. - 1992. - N15. -P. 247-264.

235. Leonov A. Modeling and explaining the phosphorus dynamics of lake Balaton, 1976-1979. // Research Report RR-85-3.- International Institute for Applied Systems Analysis, Laxenburg, Austria, 1985. P. 10-56.

236. MackLeod, L.B. Effect of N,P and К and their interection on the yield and kernel weight of barley in hydroponic culture.// Agron. J.- 1961.- N 61.- P. 26-29.

237. Martin H.W., Sparks D.L. Kinetics of nonexchangeable potassium release from two Coastal Plain soils//Soil. Sci. Soc. Amer. J. 1983. V. 47. P. 883—887.

238. Martin H.W., Sparks D.L. On the behavior of nonexchangeable potassium in soils.// Commun. in Soil Sci. and Plant Anal.- 1985.- V.16.- N 2. -P. 133-162.

239. Menta S.C.,Manendra Singh. Potassium Desorption Kinetics in Soils. -1987.- V.35. -N 3. -P.524 526.

240. Meyer D., Jungk A. A new approach to quantify the utilization of non-exchangeable soil potassium by plants. Plant and Soil. - 1993. - N149. -P.235-243.

241. Mitscherlich E.A. Das gesetz des minimums und das gesets des abnehmenden bodenertrages //Landwirtsch. Jahrb. 1909.-N38. - P. 537-552.

242. Mombiela F., Nicholaides I.I. and Nelson L.A. A method of determine the appropriate mathematical form for incorporating soil test levels in fertilizer response models for recommendation purposes // Agronomy Journal. -1981.-N73.-P.937-941.

243. Moss P., Beckett P.H.T. Sources of error in the determination of soil potassium activity ratios by the Q/I procedure // Journal of Soil Science. 1971. -N22.-P. 514-536.

244. Munson R.D. Potassium in Agriculture // American Society of Agronomy. Madison, 1985. - 1223 p.

245. Murugappan V., Kothandraraman G.V. Theoretical derivation of mathematical models for the computation of soil and fertilizer nutrient efficiencies //Fertil.Res. 1988/1989,- V. 18. -2. - P. 117-126.

246. Oelsligle D.D., Doll D.D. Vaherde C. Potassium release characteristics of selected Peruvian soils // Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 1975. № 39. P. 891-896.

247. Prokoshev V.V., Sokolova T.A. Soil properties and potassium behavior //Proc. 22-th Colloquium Int. Potash Institute, Bern. 1990. P. 99-115.

248. Rich C.I. Potassium in soil minerals // Potassium in soil // Proccdings of the 9th Colloquim of the International Potassium Institute. Landshut. Federal Republic of Germany. 1972. P. 3—19.

249. Schollenberger C.J., Dreibelbis F.R. The effect of cropping with various fertilizer, munure and lime treatments upon exchangeable bases of plot soils // Soil Science. 1930. -N29. -P.371-394.

250. Seward P.D. The development of a mechanistic mathematical model to predict the uptake of potassium by wheat plants from soil. PhD thesis. -University of Reading, 1991.

251. Sharpley A.N. Reaction of fertilizer potassium in soils of different mineralogy // Soil Sci.- 1990.- N 149.- P.44-51.

252. Sharpley A.N., Buol S.W. Relationship between minimum exchangeable potassium and soil taxonomy//Commun. in Soil Sci. Plant Anal. 1987,- V. 18. -№5, P. 601—614.

253. Shaw J.K., Stivers R.K., Barber S.A. Evaluation of differences in potassium availability in soils of the same exchangeable potassium level. -Commun.Soil.Sci. and Plant Anal.- 1983. V.14.-Nil.-P. 1035-1049.

254. Siddiqi, M.Y., Glass, A.D.M. 1982. Simultaneous consideration of tissue and substrate potassium concentrations in K+ uptake kinetics: a model // Plant Physiology. 1982. -N69. - P. 283-285.

255. Silberbush M., Barber S.A. Phosphorous and potassium uptake of field-grown soybean cultivars predicted by a simulation model // Soil Sci. Soc. Amer. J. -1984,- N 48,- P.592 596.

256. Sparks D.L. Chemistry of soil potassium in Atlantic Coastal Plain soils: A Review // Commun. Soil Sci. and Plant Anal.- 1980. -V. 11. -N 5. -P.435-449.

257. Sparks D.L. Potassium dynamics in soils // Advances in Soil scicns //Ed. SleawartB.A. -1987.-V. 6.-P. 1-63.

258. Sparks D.L., Huang P.M. Physical chemistry of soil potassium // Potassium in Agriculture. Amer. Soc. Agron., Madison, U.S.A., 1985. - P. 201-176.

259. Steffens D. Root system and potassium exploitation// Proc 13-th Congr. Int Potash Inst.- Bern, 1986. P.97-108.

260. Syers J.K. Soil and plant potassium in agriculture // The Fertilizer Society, York, UK, 1998. 32p.

261. Thurston J.M. Greescroft wilderness // Rothamstead experemental station report for 1957 Rothamstead experemental station, Harpenden, England, 1957-94p.

262. Tributh H. Erste Ergebnisse uber die Reduzierung der illitgehalte durch Kaliumentzug der pflunzen //Mitteilgn. Dtsch. Bodendundle. Gesellsch . -1981. -N32. -P.827-834.

263. Tributh H., Boguslawski E., Lieres A., Mengel K. Effect of potassium removal by crops on transformation of illitic clay minerals// Soil Sci. -1987. V.143. -N6. - P.404-409.

264. Volk N.J. The formation of muskovile in soils and refinement in specific gravity separation of minerals // Amcr. J. Soil Sci.- 1933. -N26.-P. 114—129.

265. Warren R.G., Johnson A.E. The accumulation and loss of soil potassium in long-term experiments at Rothamsted and Woburn. The fertilizer Society, York, UK, 1962. -P.5-24.

266. White P.J. Cation channels in the plasma membrane of rye roots // Journal of Experimental Botany. 1997. - 48. -P.499-514.

267. Wild A. Soils and the environment: an introduction. Cambridge: Cambridge University Press.- 1993.- 287p.

268. Wilson M.J. К bearing minerals and their K-release rates in different climates // Potassium in Ecosystems / Proc.23rd Colloq.Int.Potash Inst. IPI, Basel/Switzerland. 1992.- P.45-57.2 9<f

Информация о работе

Карпинец, Татьяна Викторовна
доктора сельскохозяйственных наук
Курск, 2000
ВАК 06.01.03

Диссертация

Моделирование режима калия в системе "почва-растение" - тема диссертации по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы