Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ПОВЫШЕНИЕ ПЛОДОРОДИЯ И ОХРАНА ТЕМНО-КАШТАНОВЫХ ПОЧВ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ В ЗЕРНОПАРОПРОПАШНОМ СЕВООБОРОТЕ НА ОСНОВЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "ПОВЫШЕНИЕ ПЛОДОРОДИЯ И ОХРАНА ТЕМНО-КАШТАНОВЫХ ПОЧВ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ В ЗЕРНОПАРОПРОПАШНОМ СЕВООБОРОТЕ НА ОСНОВЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ"

На правах рукописи Петрова Ирина Альбертовн^^^^^^^^

ПОВЫШЕНИЕ ПЛОДОРОДИЯ И ОХРАНА ТЕМНО-КАШТАНОВЫХ ПОЧВ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ В ЗЕРНОПАРОПРОПАШНОМ СЕВООБОРОТЕ НА ОСНОВЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ

Специальность 06.01.01 - «Общее земледелие»

Автореферат диссертаций на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Рассвет 2005

Диссертационная работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждения высшего профессионального образования «Новочеркасская государственная мелиоративная академия».

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор

Бабушкин Виктор Михайлович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор

Зеленский Николай Андреевич, кандидат сельскохозяйственных наук Кисс Николай Николаевич

Ведущее предприятие: ФГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт проблем мелиорации»

Защита состоится 22 декабря 2005 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д. 006.066.01 при ГНУ Донском зональном научно-исследовательском институте сельского хозяйства Россельхозакадемии по адресу: 346735, п. Рассвет, Аксайский район, Ростовская область, (тел. 8-86350-37389; факс 8-86350-37175).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДЗНИИСХ

Автореферат разослан 21 ноября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор сельскохозяйственных наук

Землянов А.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В процессе реализации программы повышения плодородия каштановых в комплексе с солонцами почв юго-восточной зоны Ростовской области было улучшено более 700 тыс. га. Полученные при этом положительные результаты предполагали дальнейшее использование мелиорированных почв в рамках традиционных, ранее рекомендованных технологий. Однако практика показала, что при таком подходе эти почвы оказались столь же неустойчивыми к неблагоприятным природным факторам. В настоящее время отмечается интенсивное снижение гумуса, элементов минерального питания, проявление эрозии и дефляции,

В сложившейся ситуации возникла острая необходимость в разработке эффективных методов предотвращения утраты почвой плодородия, обоснования энергосберегающих способов их мелиорации и источников компенсации утраченной энергии, а также снижения темпов дегумификации.

Решение этой проблемы является чрезвычайно актуальным, так как темпы деградации плодородия почв каштанового типа прогрессивно нарастают. Энергетическая оценка основных элементов, ранее рекомендованных технологий обработки почвы, обоснование их адаптивности к природным особенностям региона даст возможность разработать на этой основе мероприятия, исключающие утрату энергетических ресурсов агроландшафта зоны распространения каштановых почв.

Цель н задачи исследования. Цель работы: на основе расчетов энергетических балансов дать оценку различных методов мелиорации темно-каштановых в комплексе с солонцами почв, установить причины утраты ими плодородия и обосновать источники компенсации утраченной энергоемкости почвы в процессе использования различных систем основной обработки. Поставленная цель потребовала решения следующих задач: — обосновать на принципах энерт

этического |чада&№Зй&Ьобразность имени К.А. Тимирязева ЦНБ имени Н И. Железнова Фонд парный лит«р£££ы

и эффективность различных методов мелиорации темно-каштановых в комплексе С солонцами почв;

— на основании величины и направленности энергетических потоков в системе «почва - растение» установить основные причины снижения их плодородия при различных системах основной обработки и доз удобрений;

— исследовать энергетический баланс гумуса и обосновать на его основе оптимальный уровень техногенной нагрузки на агроландшафт, исключающий ухудшение мелиоративного состояния земель.

— изыскать источники энергии, компенсирующие отрицательный баланс энергии агролапдшафта и обосновать целесообразность их применения.

Научная новизна. Научная новизна исследований заключается в сравнительной оценке основных методов мелиорации почв с помощью энергетических эквивалентов и наибольшей целесообразности применения агробиологического метода в неорошаемых условиях темно-каштановых а комплексе с солонцами почв юго-восточной зоны Ростовской области, На основании энергетической оценки динамики почвенных процессов выявлены причины и масштабы снижения плодородия исследуемых почв при различных системах основной обработки, видах и дозах удобрений. Обоснованы и предложены видовой и количественный состав источников энергии, компенсирующих отрицательный баланс энергии агролапдшафта, израсходованной на получение урожая возделываемых культур, что в совокупности обеспечивает охрану земель от деградации.

Предметом защиты являются энергетическая оценка методов мелиорации темно-каштановых почв, способов их основной обработки, доз внесения органических и минеральных удобрений, а также энергетические балансы в системе «почва - растение» и энергетических ресурсов в севообороте, экологическая емкость агролакдшафга н мероприятия по компенсации энергии агроландшафта, отчужденной культурами севооборота.

Практическая ценность. Практическая ценность настоящей работы за-

ключается в энергетическом обосновании методов мелиорации исследуемых почв, способов основной обработки, видов и доз удобрений, исключающих снижение энергоемкости почвы. Предлагаемые нами решения обеспечат надежную охрану темяо-каштановых в комплексе с солонцами почв от деградации и устойчивое производство продукции земледелия. Основные результаты исследований прошли производственную проверку в Дубовском районе Ростовской области и в Целинном районе Республики Калмыкия, где показали устойчивую и высокую результативность

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались иа Международных научно-практических конференциях в г.Воронеже и г.Ставрополе в 2004 г. Промежуточные этапы работы докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов ФГОУ ВПО «Новочеркасская государственная мелиоративная академия» в течение 2001 - 2004 гг. По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ общим объемом 0,8 печатных листа.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и предложений производству. Изложена на 220 страницах машинописного текста, в том числе основного 138 страниц. Включает 3 рисунка, 49 таблиц и 7 приложений. Библиографический список содержит 168 наименований, в том числе 10 иностранных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, изложены цель и задачи исследований, дана общая характеристика работы, сформулированы положения, выносимые па защиту.

В первой главе диссертации представлены научно-аналитические материалы, раскрывающие в историческом аспекте состояние исследуемой проблемы. На основании литературных источников показаны различные методы мелиорации каштановых в комплексе с солонцами почв (К.К. Гсдройц, И.Н.

Антипов-Каратаев, К.П. Пак, П.А. Сади мен ко, М.Б, Минкин, В.М. Бабушкин, Е.А. Даниленко, А.Д. Брик и др.), установлена необходимость рационального их использования и охраны (В.В. Докучаев, П.А, Костычев, Н,М. Тулайков и др.), а также влияние мелиорации на технологические свойства почв и их плодородие. Последнее, подтверждается исследованиями и наших современников, проведенными в условиях Донского края (С.А, Захаров, М.П. Воскресенский, ФЛ. Гаврилюк, H.A. Лученко и др.), Волгоградской области (К.Г. Шульмей-стер, П.П. Бегучев и др.), Ставропольского края (Л.Н.Летров, В.И. Тюльпанов, др.) и Калмыкии. Частные примеры энергетического подхода к оценке технологий возделывания сельскохозяйственных культур в условиях зоны распространения каштановых почв Ростовской области имели место в работах Н.Б. Сухомлиновой, Е.И. Кисиль, L.B. Соколовой, а также в аналогичных условиях Калмыкии H.A. Курепнной и Е.А. Зеленской.

Обобщение имеющихся по этой проблеме материалов дало возможность обосновать основное направление собственных исследований, позволяющих предложить оптимальный уровень техногенной нагрузки на агроландшафт и предотвратить процесс деградации исследуемых почв.

Во второй главе диссертации изложены природные и энергетические ресурсы земледелия исследуемого региона: климагг, почвы, растительность, то есть тот исходный рубеж, с которого начинается мелиорация, использование и охрана мелиорированных почв. Здесь же излагаются методики и методические руководства, с помощью которых осуществлялось решение поставленных задач и в частности:

— энергетическая оценка методов мелиорации, способов основной обработки почвы и внесения различных доз органических и минеральных удобрений путем сравнительного анализа основных пооперационных затрат энергии на основе технологических карт;

— энергоемкость почв (Гпм) по В .М.Володину н др, (1999 г.);

— направленность и величина энергетических потоков в агроценозах в

зависимости от обработки и удобрений по В.В. Волобуеву (1984 г.), Е.И. Базарову (1983 г.), В.М. Володину <1989 г,), В.В. Корейцу (1989 г.) и ГА. Булатки-iiy (1991 г.);

— расчет баланса гумуса по В, Маркину и О. Тюлиной(1989 г.), а также расчет биоэнергетического потенциала территории агроландшафта и его экологической емкости по общепринятым методикам.

Вся полученная информация обрабатывалась на персональном компьютере с использованием программно-вычислительной оболочки Excel.

Исследования выполнены на ранее проведенных Донским зональным ПИИСХ (ОПХ «Красноармейское» Орловского района Ростовской области, руководитель — зав. лабораторией мелиорации солонцовых почв, д.с-х.н., проф. Бабушкин ЕШ. и др.) полевых опытах по изучению способов основной обработки мелиорированных агробиологическим методом темно-каштановых в комплексе с солонцами почв и эффективное™ доз органических и минеральных удобрений в зернопаропропашном севообороте (таблица 1,2).

Таблица 1

Опыт 1. Способы обработки мелиорированных тем но-каштановых в комплексе с солонцами почв в системе севооборота

Культуры в нк чередование в севообороте ,

пар озимая пшеница по пару озимая [гтеннца кукуруза на силос озимая. пшеница ячмень суданская трава

1 2 3 4 5 б 7

1, Традиционная система основной обработки почв

JCI1C-4 на 12-14 см, 10-12 см, 8-10 см, 6-8 см лдг-т й 2-3 следа + КПС-4 перед посевом Вспашка ПІ 1-4-35 на20-22 см ЛДГ-10 в 2-ї следа + КПС-4 перед посевом Вспашка ПН-4-35 на 20-22 см Вспашка ПН-4-35 на 20-22 см

11. ІІочвозаіцнтная система обработки

КПС-4 + КШ-3,6 чередуя КПП-2,2 на 10-12 см + БИГ-3 перед посевом КПГ-250 на 20-22 см + БИГ-3 К1ТП-2,2 на 10-12 см + БИГ-3 перед посевом КПГ-250 на 20-22 см ■+ БИГ-3 Вспашка ПН-4-35 на 20-22 см

Продолжение таблицы)

Г 2 3 4 5 6 7

Ш. Разноглубинная система обработки

КПЭ-3,8 + Вспашка Вспашка

КПС-4 на 12-14 см, 10-12 см, Ш-4-35 на 16-18 см + КПС-4 Вспашка ИН-4-35 на 28-30 см ПН-4-35 на 16-18 см + КПС-4 Вспашка ПН-4-35 на 28-30 см Вспашка Ш1-4-35 на 20-22 см

8-10 см.. черед перед

6-8 см посевом посевом

IV. Минимальная обработка почвы

КШ-3.6 + Безотвальная Безотвальная Вспашка

КІІС-4 АКП-2,5 вспашка АКП-2,5 яспашка 1Ш-4-35на

перед на 10-12 см ПН-4-35 на 10-12 см ПН-4-35 20-22 см

посевом на 20-22 см на 20-22 см

Примечание: Основная обработка почвы под пар проводилась трехъярусным плугом ПТН-40 на глубину 4045 см

Таблица 2

Опыт 2. Влияние доз и видов удобрений на рост, развитие и урожайность культур севооборота при различных способах основной обработки тем но-каштановых в комплексе с солонцами почв

Культуры и их чередование в севообороте Всего удобрений за ротацию

пар озимая пшеница озимая пшеница кукуруза на силос озимая пшеница ячмень яровой суданская трава

основное подкормка основное подкормка основное подкормка №К кт/га д.в. навоз, т/га

Фон — без навоза

N.,0 Ню N-,0 Но і Р^О Пл. ! ^ N ,4 , | И«, N40 N«1 ь 1 ■ - ! N40 Рло N220 N.40 -

Фон — навої 40 т/га + Рои

нага 40 т/га Р» - - Рад Рзи - РіІО 40

N20 N30 Ы« Ня Р<и№о N40 N50 - Км МІКРЦЛ -

№о N3« Ым, Рчіійм» Км - N40 МяеРід -

Фон — навоз 60 т/га + Рад

навої 60 т/га Рэд - - - - - - I Рм - Рц» 60

Ы» N40 Ну, Р^Л'40 N43 Мл, МІМР;« -

N^1 N60 Н;о N«1 N30 1 - -

Примечание: Навої в дота* 40 и 60 тонн на гектар, а также Р<щ вносились под трехъярусную

вспашку почем под пар

В третье» главе приведены результаты исследований по энергетической оценке методов мелиорации и способов основной обработки почвы, доз органических и минеральных удобрений, что явилось научной базой для разработки практических предложений и мероприятий по рациональному использованию и охране земель исследуемой территории.

Как показали исследования, решая равнозначные мелиоративные задачи и используемые в период неконтролируемых материальных ресурсов на равных основаниях, химический и агробиологический методы при близкой мелиоративной эффективности оказались существенно различными по энергетическим затратам (таблица 3).

Таблица 3

Энергетические затраты на технологические операции при различных методах мелиорации темно-каштановых солонцовых комплексных почв

Технологические операции Затраты анергии, ГДж/га

прямые затраты (топливо, электроэнергия) косвенные затраты (энергоемкость с.-х. техники и живого труда) совокупные затраты на 1 га

Химический м Транспортировка материалов, 50 км Погрузка мелиоранта, 16 т/га Внесение мелиоранта, 16 т/га Погрузка, транспортировка и внесение органических удобрений, до 10 км Дискование Вспашка на глубину 20-22 см етод мелиораци 1,50 0,01 0,54 2,12 0,44 0,96 И 0,08 0,08 0,22 0,79 0,12 0,16 1,58 0,09 0,76 2,91 0,56 1,12

Всего 5,57 1,45 7,02

Агробиологи чес К1 Погрузка, транспортировка к внесение минеральных удобрений Погрузка, транспортировка и внесение органических удобрений, 30 т/га, до 10 км Вспашка трехъярусная на глубину 40-45 см й метод мел и о] I 0,04 2,12 2,03 1ЭЦИИ 0,05 0,79 0,46 0,09 2,91 2,49

Всего 4,19 1,30 5.49

Полученные в пользу агробиологического метода показатели энергозатрат свидетельствуют о его существенном преимуществе в условиях неорошаемого земледелия. Поэтому в дальнейшем наши исследования проводились на фоне мелиоративной трехъярусной вспашки почвы, являющейся основой агробиологического метода.

Исследования энергоемкости, направленности и велнчины энергетических потоков при возделывании сельскохозяйственных культур при различных способах основной обработки почвы показали, что наибольшая величина энергии в технологическом процессе приходится на посев и уход за посевом, наименьшая на обработку почвы.

Поскольку одним из основных факторов мелиоративного воздействия на плодородие почвы являются агротехнические операции, определенное место в работе занимало изучение распределения совокупных затрат при различных системах основной обработки почвы и внесения удобрений в севообороте, определяющие направленность энергетических потоков агрофитоценоза.

Исследования показали, что основная энергетическая нагрузка на агро-ландшафт создается внесением органических и минеральных удобрений, а не способами основной обработки почвы. Энергоемкость собственно обработок колебалась в узком интервале от 7,7 на контроле до 8,0 ГДж/га при почвозащитной системе обработки и с применением разноглубинных вспашек. Внесение органических и минеральных удобрений повышало затраты совокупной энергии почти в 2,5 раза.

Энергетические затраты на внесение минеральных удобрений надежно окупались дополнительной продукцией при возделывании сельскохозяйственных культур по фону «без навоза», за исключением озимой пшеницы по кукурузе (таблица 4). Энергетические закаты на внесение под мелиоративную вспашку 40 н 60 т/га навоза + не окупались дополнительной продукцией, что создает предпосылки уменьшения энергоемкости почвы и обусловливает необходимость поиска источников возмещения энергии и предотвращения снижения плодородия почвы.

Баланс окупаемости энергетических затрат на удобрения зернонаропропашного севооборота

дополнительной продукцией, ц/га

Культура севооборота

озимая пшеница по пару озимая пшеница по озимой кукуруза на силос озимая пшеница ячмень яровой Итого посе-во-оборогу,

Агрохимический фон требуется получить дополнительной продукции баланс требуется получить дополнительной продукции баланс требуется получить ДОІ км н ягельной продукции баланс требуется получить дополнительной продукции баланс требуется получит«. Л0ПО.1-нитслыюй продукции баланс

расчет фактически расчет фактически ± расчет фактически ± расчет фактически + расчет фактически 1 «/га

Бе) навоза

Без удобрення, контроль - 34,3 - - 11,3 - - 122,0 - - 14,9 - - 16,2

Рт 0,8 5,6 +4,8 - 21,9 +10,6 4,4 36,2 +31 т8 - 4,3 +4,3 0,3 7.7 +2,4 +16,6

Иаа» 2,1 4,6 +2,5 3,1 5,7 +2.6 11,9 35,5 +23,6 5,2 -2,5 -2,7 1,3 2,6 +1,3 +2,5

N3» 3,1 4,0 +0,9 4,7 8.1 1 +3,4 18,0 40,0 +22,0 4,7 4,5 -0,2 6,4 +6,4 +3,4

Фон лнавоз 40 т/га + Рад»

Р]« 10,4 1,0 -9,9 I 6,8 9,7 +2,9 4,4 I 18,0 +13,6 * 2,0 +2,0 I 0,3 1,4 +1,1 ) -0,4

N^2(1 13,0 4,3 -8,7 | 9,9 12,0 +2,1 16,3 1 43,5 +27,2 3,1 3,7 -0,6 - 2,4 +2,4 | -0,1

N,21) 14,0 1,5 -12,5 ! 11,5 12,1 +0,6 22,4 | 46,4 +24,0 4,7 2,7 -0,2 1 - 2.6 +2,6 | -2,5

Фон «навоз 60 т/га + Рто»

Рш 15,6 2,4 -13,2 9,9 ]0,6 +0,7 4,4 I 30,3 +25,9 - 1,9 +1.9 0,3 3,3 +3.0 -0,8

Кзм 17,7 4,9 -12.8 13,0 14,4 +1,4 16,3 1 37,1 +19.8 3,1 4,3 +и - 2,8 +2,8 -1.1

N320 18.7 4,1 -14,6 14,6 15,7 +1,1 22,4 1 44,1 +21,7 4.7 3,7 -1,0 - 3,4 +3,4 -1,8

Примечание: Баланс фактической окупаемости энергетических затрат определяется по вариантам с наибольшей урожайностью культур севооборота

В четвертой главе на основании количественного изменения содержания гумуса под влиянием изучаемых факторов было установлено, что независимо от способов основной обработки при возделывании однолетних полевых культур имеет место отрицательный баланс гумуса, основного показателя энергоемкости почвы. При этом основная утрата гумуса происходит в паровом поле т/га), на посеве озимой пшеницы но пару, если под нее не вносят навоз, и кукурузы на силос {таблица 5).

Таблица 5

Изменение содержания гумуса по культурам севооборота при различных способах основной обработки почвы и агрохимическом фоне, ± т/га

Способы основной обработки почвы Культура севооборота Среднее на 1 га севооборотной площади

пар чистый (»зима я пшеница озимая пшеница кукуруза на силос озимая пшеница ячмень яровой суданская трава

Без навоза

Традиционный -2,0 -1,76 -0,56 -1,24 -0,76 -0,62 -0,85 -1,11

Почвозащитный -2,0 -1,79 -0,80 -1,27 -0,83 -0,65 -0,97 -3,19

Разноглубинный -2,0 -1,63 -0,4 К -1,53 -0,73 -0,73 -0,93 -1,15

Минимальный -2,0 -1,71 -0,55 -1,39 -0,73 -0.73 -0,97 -1,15

Різо

Традиционный •2,0 -2.05 -0,69 -1,59 і -0.99 -0,72 -1,16 •1,31

1 Іочвозащитішй -2.0 -1,92 -0.91 -1,56 -0,95 -0,66 -1,00 -¡,29

Разноглубинный -2,(Р -1,Я1 -0,76 -1,67 I -0.89 -0,78 . -1,00 -1,27

Минимальный -2,6 -1,94 -0,74 -1,49 1 -0.83 -0,98 -0.96 -1,28

Фон «извоз 40 т/га + Р<ю» + Рш

Традиционный -2,0 +0,35 +0.37 -1,42 -0,86 1 -0.67 -1,02 -0,75

Почвозащитный -2,0 +0,35 +0,32 -1,51 -1.62 -0,92 і -0,6Я -1,07 -0,79

Разноглубинный -2.0 +0,42 +0,50 -0,83 -0,68 -1,07 -0,75

Минимальный -2,0, +0,26 | +0,55 -1,48 -0,76 -0,70 -1,00 -0,73

Фон «навоз 60 т/га + Рчп» + Рт

Традиционный -2.0 +1,37 + 1,08 -1.53 | -0,85 -0,89 -1,10 -0.56

Почвозащитный -2.0 + 1,46 +0,89 -1,56 -1,06 -0,68 -І.П і -0,58

Разноглубинный -2.0 + 1,50 +1,11 -1,62 [ -0,92 -0.65 -1,06 і -0,53

Минимальный -2.0 + 1,46 + 1.05 -1,52 | -0,78 -0.70 -1,06 | -0,51

По фону «без навоза» в среднем па гектаре севооборотной площади ежегодно утрачивалось 1,11 т гумуса при разноглубинной и традиционной обработках,

1,19 по почвозащитной и 1,15 т — по минимальной. Оптимизация фосфорного питания (Рш), повышая урожайность культур, существенно снижала энергоемкость почвы, что обусловлено повышением минерализации гумуса. При этом влияние системы основной обработки в севообороте снижается. Создание более энергонасыщенного агрохимического фона путем внесения навоза 40 т/га + Р» и увеличения дозы навоза до 60 т/га значительно компенсировало энергозатраты, обусловленные минерализацией гумуса.

Таким образом, содержание гумуса в зернопаропропашиом севообороте темно-каштановых почв свидетельствует о целесообразности проведения почвоохранных мероприятий, что имело место и при определении энергетических ресурсов в севообороте, где четко прослеживается снижение энергии не только гумуса, но и биоэнергетического потенциала почвы в целом и экологической емкости агроландшафта (таблица 6). Это подтверждает нерациональное использование исследуемых земель, ухудшение их физических и водно-физических свойств, а также необходимость разработки н внедрения эффективных методов их охраны.

В пятой главе представлены результаты определения величины энергетических потоков при возделывании культур севооборота с учетом средообразую-щих факторов, которыми в исследованиях являлись способы основной обработки почвы, органические и минеральные удобрения, а также видовой состав возделываемых культур (таблица 7).

При возделывании озимой пшеницы при различных обработках почвы, дозах удобрений и предшественниках наибольшая урожайность была по пару при внесении Рад без навоза и обработке почвы КПС-4 на уменьшающую глубину, где составила 3,99 т/га; по фону «навоз 40 т/га + Р90» - 3,86 т/га и по фону «навоз 60 т/га + Рад» - 3,92 т/га. В этих случаях каждый центнер основной продукции создавал отрицательный баланс энергии в 1,5 ГДж, 0,8 и 0,6 соответственно, то есть обогащение агрохимического фона снижало объем энергии, подлежащей возврату за полученную продукцию. При возделывании озимой пшеницы по озимой пшенице и кукурузе на силос наибольшая урожайность в 2,80 и 2,34 т/га сформировалась по фону «навоз 60 т/га + Рэд» + N¿0 соответственно при отрицательном балансе энергии 15,5 и 25,0 ГДж/га в обоих случаях на вариантах с обработкой почвы КПП-2,2 на глубину 20-22 см + БИГ-3 перед посевом.

Энергетические ресурсы в севообороте при различных технологиях возделывания культур и дозах удобрений, ГДж/га

Способ основной обработки почвы Апюхммичесхмй фон

без навоза навої 40 т/га + Рад навоз 60 т/га + Р»

энергия гумуса био-анерге-тнче-ский потенциал экологическая емкость агролан-дшафта энергия гумуса био-энерге-тиче-ский потенциал экологическая емкость агро-ландшафта энергия гумуса бно-энерге-тиче-СКИЙ потенциал экологическая емкость агролан-дшафта

начало ротации севооборота копец ротации севооборота начало ротации севооборота конец ротации севооборота начало ротации севооборота коней ротации севооборота

Без удобрений

Традиционный ГЇ799,4 1649,4 1551,7 1548,9 1556,5

Почвозащитный 1799,1 1633,8 1554.0

Разноглубинный 1799,4 _1643,9 1552,5 1557,3

Минимальный 1799,4 1642,5 1552,3 1557,1 !

Р;ю

Традиционный 1799,4 1612,4 1545,6 1550,8 I 1873,1 1693,0 1610,7 1616,0 1910,0 1721,5 1642,4 1648,0

Почвозащитный 1799,4 1611,9 1543,9 1548,8 1873,1 1685,4 1609,8 1615,4 1910,0 1708,6 1641,3 1647,1

Рвшогяубин ны й 1799,4^ 1614,2 1547,2 1552,9 ( 1873,1 1693,8 1611,4 1616,7 1910,0 1727,0 1643,5 1648,9

Минимальный 1799.4 16183 1546,9 1551,9 | 1873,1 1698,4 1611,1 1616,0 1910.0 1729,7 1643,0 1648,3

N21»

Градинионный 1799,4 1623,9 1542,9 1545,7 1873,1 1661,9 1603,6 1606,6 1910,0 1703,8 1635,5 1638,8

Почвозащитный 1799,4 1630,3 1545,2 1548,3 1873,1 1669,3 1602,5 "1606,3 1910,0 1697,0 1634,6 1637,9

Разноглубинный 1799,4 1616,6 1544,0 1546.7 1873,1 1660,0 1604,4 1607,4 1910,0 1704,6 1635,7 1639,0

Минимальный 1799,4 1672,2 1569,8 1572,4 1873,1 1672,8 1606,8 1609,6 1910,0 1721,2 1643,1 1646,1

Традиционный 1799,4 1595,6 3540,8 1542,6 1873,1 1671,0 1605,0 1609,5 п 1910,0 1701,5 1633,4 1635,1

Почвозащитный 1799,4 1596,3 1537,2 1536,9 1873,1 1668,0 1605,4 1607,2 1910,0 1688,7 1633,0 1635.0

Разноглубинный 1799,4 1605,1 1544,2 1545,8 1873,1 1676,3 1602,0 1603,5 1910.0 1704,6 1634,5 1636,2

Минимальный 1799,4 1602,2 1539,9 1541,5 1873,1 1687,0 1602,7 1604,2 1910,0 1704,6 1635,3 1637,0

Энергетические потоки при различных способах и глубине основной обработки почвы под кулыуры зернопаропропашного севооборота

Уро-ЖаІІ- иОСТЬ, і/га Энергия, израсходованная на полученную продукцию, ГДж/га Энергия возврата за лсяученнуто продукцию, ГДж/га Баланс

Способ, глубина и орудия обработки почвы энергия КРК энфшя мине* ралгоо-ваииого гумуса всего энергия гумифищі-ро ванных корневых и пожнивных остатков энергия внесенных №К энергия орфических удобрений всего энергетических затрат, + ГДж/га

Озимая пгценииа по пару, без навоза

К1ІС-4 на уменьшающую глубину+} 3,99 12,5 68,4 80,9 21.2 1,1 - 22,3 -58,6

Фоі «навоз 40 т/га+Р.)о»

КПС-4 на уменьшающую глубину + Ха ^ 3.86 12.1 60.8 72,9 20,7 4.5 15.1 I 40,3 -316

Фон «навоз 60 т/га + Роо»

КПС-4 на уменьшающую глубину т К« 3,92 ІУ 58,8 7Ц 20,9 _ 4,5 22,7 I 48,0 -23,0

Озимая пшеница по озимой пшенице, б» навоза

КПП-2,2 на 10 -12 ем+ШГ-3 + Р,» 231 7Х 42,4 49,6 15,1 7,8 - 22,9 -26,7

Фон «навоз 40 т/га+Рю»

КПП-2,2 на 10- 12см + ВИ1-3 2,61 И 44,0 52^ 16,7 7,8 10.1 Н6 -17,6

Фон «навоз 60 т/га + Р-^»

КПП-2,2 на 10 -12 ем + БИГ-3+Ы» 2,80 8,8 44,2 53,0 17,2 5.2 15,1 37,5 -15,5

Озимая пшеница по кукурузе на силос, без навоза

КПІ 1-2.2 иа 10-12 см + БИГ-3 +N(3 2,01 6,3 37,1 43,4 13,5 5,2 - 18,7 -24,7

Фон «навоз 40 т/га +Рэд»

КПП-2,2 на 10 - 12 см + БИГ-3 + Ы« 2,19 6,9 40,0 46,9 14,5 7.8 1 22,3 -24,6

Фон «навоз 60 т/га+Рщ»

КПП-2,2 на 10-12 см + БИГ-3 +Н« і 2,34 7,3 41,2 Г 48,5 15,7 7,8 | - 23,5 -25,0

Весьма значительными оказались отрицательные значения баланса онер-гаи, подлежащей возврату за полученную продукцию, при возделывании кукурузы на силос. При наибольшей урожайности в 17,80 т/га зеленой массы, на вариантах с обработкой ПН-4-35 на глубину 27-30 см по фону «навоз 40 т/га + Р«» + КбоР»п отрицательные значения баланса составили 39,2 ГДяс/га. Наибольшая урожайность ячменя была получена по безотвальной обработке на глубину 20-22 см + Рад и составила по фону без навоза 2,09 т/га. При этом отрицательное значение баланса энергии составило 23,1 ГДж/га.

Устойчивое снижение энергоемкости агроландшафта при возделывании сельскохозяйственных культур вызвало необходимость энергетически обосновать и рекомендовать источники компенсации дефицита энергетических затрат за полученную продукцию (таблица 8).

При значительном отрицательном значении баланса энергии при посевах озимой пшеницы по пару без навоза отчуждение энергетических ресурсов почвы на создание 3,99 т/га, может быть компенсировано внесением 60 т/га подстилочного навоза, внесением N90?« и запахиванием полученной при этой урожайности соломы. На паровых полях с внесением 40 и 60 т/га навоза утраченная энергия почвы компенсируется обычными агрохимическими приемами. При возделывании озимой пшеницы по непаровым предшественникам ситуация складывалась аналогично.

Утрата энергии на возделывание кукурузы на силос (17,80 т/га зеленой массы) достигла значительных величин — 39,2 ГДж/га, которые пе могут быть компенсированы реальными источниками энергии. В посевах ярового ячменя (2,09 т/га зерна) утрата энергии составила 23,1 ГДж/га, она частично компенсируется гумификацией корневых и пожнивных остатков (13,8 ГДж/га) и внесением под основную обработку Рто (0,4 ГДж/га), что не превышает 60% от необходимой.

Источники компенсации дефицита энергетических затрат почвы при возделывании озимой пшеницы

Урожайность, т/га Баланс Источник компенсации дефицита энергетических затрат за полученную продукцию

энергии, навоз минеральные удобрения побочная продукция Итого,

± ГДж/га т/1 а ГДнс/га кг/га ГДж/га т/га ГДж/га ГДж/га

Озимая ншеница по пару—КПС-4 на уменьшающую глубину «Без навоза + IV»

3,99 -58,6 60,0 22,7 8,6 0,58 1 13,4 +44,7

«Навоз 40 т/га + Рад» + Мзд

3,86 -32,6 - - 8,6 | 0,57 13,1 +21,7

«Навоз 60 т/га+Рад» + И»

3,92 -23,0 - ! - 8,6 | 0,57 13.1 +21,7

Озимая шнешш по озимой пшенице—КПП-2,2 + БИГ-3 перед посевом «Б« навоза + N»1»

2,31 -27,6 60,0 | 15,1 Ни ___ 0,43 9,9 «■30,2

«Навоз 40 т/га + Рад (последействие)» + N4,2

2,61 -17,6 .. -_______ 1 ......- 7,К 0,48 11,1 ) +18,9

«Навоз бОт/га + Рад (последействие)» +

2,80 -15,5 1 Ил 7,а 0.48 1М +18,9

Озимая пшеница но ку курузе на силос—ЮШ-2,2 + БИТ-3 перед посевом «Без навоза

2,01 -24,7 ...... . N6^30 5,3 0,38 1 ад +14,1

«11авоз 40 т/га + Рад (последействие)» + М*>

2.19 -24,6 - - 1 5,3 0.41 1 9,4 +14,7

«Навоз 60 т/га + Рад (последействие)» +

2.34 -25,0 - - N^30 1 5,3 0,45 1 ю,з +15,6

Поскольку такая ситуация реально угрожает развитию процессов опустынивания на землях исследуемой территории, необходимо принятие мер по предотвращению этих процессов. Этого можно добиться совершенствованием видового состава культур полевого севооборота, т.е. увеличением доли растений, при возделывании которых отрицательный баланс энергии почвы существенно меньше. Такими культурами являются однолетние бобово-злаковые смеси, горох и многолетние травы, В этом случае набор культур в севообороте может быть представлен следующим видовым составом; нар, озимая пшеница, озимая пшеница, горох, озимая пшеница, бобово-злаковая смесь, многолетние травы (выводное поле). Однако, учитывая ранее рекомендованные компенсационные мероприятия при возделывании озимой пшеницы, несмотря на значительно сократившийся отрицательный баланс энергии, данный видовой состав не приводит к положительному балансу энергетических затрат агроландшафта и не предотвращает снижения плодородия почв (таблица 9).

Поставленная цель с наибольшей вероятностью достигается при замене чистого пара занятым. В условиях исследуемой территории в качестве пароза-пн маемой культуры наиболее приемлемой является эспарцет. В этом случае, с учетом гумификации корневых и пожнивных остатков этой культуры, даже нри уменьшении дозы навоза до 30 т/га, положительный баланс энергии на гектар севооборотной площади составил +3,0 ГДж/га.

При таком балансе энергии представляется возможным не только существенно сократить нормы внесения навоза, но и в сложившихся условиях полностью отказаться от его использования, сохранив положительный баланс энергии +0,4 ГДж/га в севообороте. При этом не только сохранится положительный баланс энергии почвы, но и экономятся энергозатраты — 37,8 ГДж/га, обусловленные внесением навоза. То есть, представляется возможным оптимизировать баланс энергии в севообороте на принципе биологизации земледелия.

Сравнительная энергетическая оценка полевых севооборотов на темно-каштановых почвах _ с различным видовым составом возделываемых культур. Гдж/га.__

Энергия, израсходованная на получение проду кции Энергия возврата за полученную продукцию Баланс энергетических затрат, іГДж/га

Культуры севооборотов энергия №К энергия минерализованного всего энергия гумифици-рованных корневых и энергия №Ки побочной энергия органических всего

гумуса пожнивных остатков продукции удобрений

Исследуемый севооборот (контроль)

Пар Озимая тплйищ 12,3 46,1 58,8 46,1 71,1 20,9 262 22,7 69,8 -46.1 -1,3

Озимая пшеница 8,8 44,2 53,0 17,2 24,1 15,1 56,4 +3,4

Кукуруза на силос Озимая пшенши 4,6 7,3 54,4 41.2 59,0 48,5 13,5 15,7 6,3 23,4 - 19,8 39,1 -39.2 -9,4

Ячмень 5,0 32,3 373 13,8 0,4 - 14,2 -23,1

Суданская трава На 1 га севооборотной [пощади 4,8 6,1 253 43,2 30,1 49,3 15,3 13,8 1,8 11,7 5,4 17,1 30,9 -13,0 -18,4

І Іредлагаемьій севооборот

Пар Озимая пшеница Горох Озимая пшеница Горох ■'•ячмень Озимая таетпш Многолетние травы 11а 1 га севооборотной П.ТОПЙДИ 12,3 4,8 8,8 4.8 7.3 3.7 5.9 46.1 58,8 4,6' 44.2 4.6 41,2 3.7 29.0 46,1 71,1 9,4 53,0 9,4 48,5 7,4 34,9 20,9 9,2 17.2 12,7 15,7 32.3 15,3 26Д 24,1 0,1 23.4 0,1 10.5 37,8 5,4 84,9 9,2 41.3 12,8 39,1 32.4 31,4 -46,1 +13,8 -0,2 -11,7 +3,4 -9,4 +25,0 -3,5

ВЫВОДЫ

1. Сравнительной оценкой энергетических затрат на проведение мелиоративных технологических операции на солонцеватых комплексных почвах установлено, что наименьшие их совокупные значения — 5,49 ГДж/га соответствовали агробиологическому методу, наибольшие — 7,02 ГДж/га при химической мелиорации.

2. Основной причиной снижения плодородия исследуемой почвы является дисбаланс энергетических затрат в системе «почва - растение», при котором отчуждение энергии на создание продукции превышает ее компенсацию. Наибольшая энергоемкость технологических процессов имела место при возделывании озимой пшеницы по пару на вариантах почвозащитной технологии, где составляла 12,4 - 12,5 ГДж/га, наименьшее — при возделывании кукурузы (5,8 ГДж/га) и ячменя (9,8 ГДж/га) на варианте безотвальной обработки на глубину 20 - 22 см.

3. Внесение органических и минеральных удобрений под культуры севооборота существенно повышало энергоемкость, однако эта операция должна окупаться получением значительной массы дополнительной продукции. На фоне «без навоза» с целью окупаемости внесенного за ротацию Р210 с каждого гектара севооборотной площади дополнительно необходимо было получить 1,9 ц.к.ед.; N220 и N3« за ротацию - 11,8 и 18,3 ц.к.ед, соответственно. Фон «навоз 40 т/га + Р№» с этими же дозами минеральных удобрений окупался дополнительной продукцией в количестве 19,3,30,8 и 37,0 ц.к.ед. соответственно, а фон «навоз 60 т/га + Рад» + Рш; N210: N3-10 - 27,0, 38,8 и 45,3 ц.к.ед. с гектара севооборотной площади.

4. Одной из главных причин, обусловливающих снижение плодородия темно-каштановых почв, является интенсивная утрата гумуса. На фоне «без навоза» имели место наибольшие отрицательные его значения и особенно при использовании высоких доз азота — N3^0 за ротацию, где утраченная энергия гумуса почвы колебалась ог13,0 до 13,8 ГДж/га севооборотной площади. По фону «навоз 40

т/га + Р90» это величины составляли 8,2 - 8,8 ГДжЛ-а, по фону «навоз 60 т/га + Рэд» 5,8 - 6,4 ГДж/га севооборотной площади.

5. Возделывание однолетних культур приводит к уменьшению экологической емкости агроландшафта и биоэнергетического потенциала почвы. Наименьшие показатели экологической емкости агроландшафта {1539,0 ГДж/га) имели место по фону «без навоза». При внесении «навоз 40 т/га +- Р.,о» — 1603,0 ГДж/га и «навоз 60 т/га + Р<к>» — 1635,0 ГДж/га.

6. Высокое количество энергетических ресурсов исследуемой почвы отчуждается паровым полем и озимой пшеницей по пару, которые в совокупности не компенсируются возвратом энергии корневых и пожнивных остатков, а так же внесением органических и минеральных удобрений, Офицательные значения баланса энергетических затрат по пару «без навоза» составляли 58,6 ГДж/га, на фоне «навоз 60 т/га» — 23,0 ГДж/га на вариантах с максимальной урожайностью. При возделывании кукурузы на силос и ячменя баланс энергии имел отрицательные значения.

7. Затраты энергии агроландшафта на получение максимально высокой урожайности возделываемых культур могут быть частично компенсированы следующими источниками энергии:

— при возделывании озимой пшеницы по пару на фоне «навоз 40 т/га + Рмв» +N40 запахиванием соломы с внесением аналогично на фоне «навоз 60 т/га + Рад» +N10;

— при возделывании озимой пшеницы по непаровым предшественникам запахиванием соломы с внесением Ы^о-зд;

— при возделывании кукурузы на силос и ярового ячменя отрицательные значения баланса реальными источникам« энергии не компенсируются; энергетические затраты и при возделывании озимой пшеницы по кукурузе на силос также не компенсируются.

8. Положительный баланс энергии в севообороте обеспечивается существенным увеличением в видовом составе зернобобовых культур и их смесей со

злаками, за счет отказа от возделывания кукурузы на силос и ячменя, возделыванием многолетних трав (люцерны) в выводном поле, а также при замене чистого пара занятым культурой эспарцета,

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

В целях сохранения плодородия темно-каштановых почв Ростовской области, экологической емкости агроландшафта, а также биоэнергетического потенциала почвы озимую пшеницу по пару необходимо возделывать на фоне внесения в паровое поле навоза 60 т/га + Р90.

Для компенсации затрат энергии агроландшафта за полученную продукцию озимой пшеницы ее солома должна быть полностью заделана в почву с использованием азотно-фосфорных удобрений.

Возделывание озимой пшеницы по пропашным предшественникам энергетически не оправдано и обусловливает неизбежное снижение энергетических ресурсов почвы. Возделывание кукурузы на силос целесообразно заменить культурой гороха, сохраняющего биоэнергетический потенциал почвы, а ярового ячменя — бобово-злаковой смесью (горох + ячмень). В этом случае, при замене чистого пара занятым культурой эспарцета и наличие в севообороте выводного поля многолетних трав энергетический баланс почвы имеет положительное значение.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

К Петрова И.А. Энергетические основы мелиорации солонцовых почв юго-восточной зоны Ростовской области / ИЛ. Петрова, О.И. Полковникова // Актуальные проблемы мелиорации и водного хозяйства юга России: Материалы научно-практической конференции сотрудников, аспирантов и студентов НГМД в 2002 году - Новочеркасск: НГМД, 2003. - С. 58-61. 2. Петрова И.А. Биоэнергетический потенциал территории агроландшафта светло-каштановых почв Ростовской области / О.И. Полковникова, И.А. Петрова//

Актуальные проблемы мелиорации и водного хозяйства юга России: Материалы научно-практической конференции сотрудников, аспирантов и студентов НГМА в 2002 году - Новочеркасск: НГМА, 2003. - С. 61 - 63.

3. Петрова ИЛ. Биоэнергетическая концепция рационального использования пашни в зоне каштановых почв Ростовской области /, В.М. Бабушкин, Е.И. Кисиль, О.И. Полковникова, И.А, Петрова // Мелиорация антропогенных ландшафтов: Межвузовский сборник научных трудов / ФГОУ В110 НГМА -Новочеркасск: НГМА, 2003, - Т. 18.-С. 139-142.

4. Петрова И.А. Экологические проблемы земледелия па каштановых почвах / Е.И. Кисиль, П. В. Соколова, НА. Петрова // Экологические проблемы сельскохозяйственного производства: Материалы международной научпо-нрак-тяческой конференции - Воронеж: ВГАУ, 2004 - С. 73 - 76.

5. Петрова И.А. Основные направления сохранения плодородия каштановых почв Ростовской области / В.М. Бабушкин, И.А. Петрова // Проблемы борьбы с засухой: Материалы международной научно-практической конференции -Ставрополь: Изд-во СтГАУ «Агрус», 2004, - Т. 2. - С. 123 -126,

Подписано в печать 18.11.2005 г. Тираж 100 экз. Заказ 268 Типография НГМА. г. Новочеркасск, ул. Пушкинская, 111