Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ВЛИЯНИЕ ПРОТИВОЭРОЗИОННОЙ СИСТЕМЫ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ НА ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВЫ И УРОЖАЙНОСТЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ ЮЖНОЙ ЧАСТИ НЕЧЕРНОЗЕМНОЙ ЗОНЫ РФ

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ ПРОТИВОЭРОЗИОННОЙ СИСТЕМЫ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ НА ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВЫ И УРОЖАЙНОСТЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ ЮЖНОЙ ЧАСТИ НЕЧЕРНОЗЕМНОЙ ЗОНЫ РФ"

На правах рукописи

Евсенкика Юлия Михайловна

Влияние противоэрозионной системы земледелия на плодородие почвы и урожайность сельскохозяйственных культур в условиях южной части Нечерноземной зоны РФ

Специальность 06.01.01 - общее земледелие 03.00.16 -экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Немчиновка - 2003

Работа выполнена на кафедре земледелия Рязанской государственной сельскохозяйственной академии имени профессора П.А. Костычева

Научные руководители: заслуженный деятель науки РФ, доктор

сельскохозяйственных наук, профессор Ильина Людмила Васильевна

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Дрожжин Константин Николаевич

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Платовой Иван Григорьевич

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Жнляев Александр Михаилович

Ведущая организация: Рязанский научно-исследовательский и

проекгно-технологический институт агропромышленного комплекса

♦ г* О у/^

Защита состоится «¿ о 2003 г в ^т__часов ., и

диссертационного совета Д 220^016,01 во Всероссийском н^ л-; исследовательском институте информатизации агрономии и - .ян «ВНИИ Агроэкоинформ» по ядре-, Московская сг - ;

Одинцовский район, пос. Нем' * ' 'о: .5.

С диссертацией можно с їак> *.*■..'.■■■■• Агроэкоинформ»

Автореферат разослан' > , '

Ученый секретарь

диссертационного совс^з, >/

сельскохозяйственных наук /М^'"," .... Ю.А.Ушаков

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Стремление получать максимум продукции с минимальными затратами привело к тому, что в последние десятилетия резко активизировались процессы деградации почв, в том числе и эрозионные, заметно ухудшилась экологическая обстановка сельских районов, в значительной мере снизились продуктивность сельскохозяйственных угодий и качество получаемой продукции.

Эрозия почвы - сущее бедствие для южной части Нечерноземной зоны России. По данным Почвенного института имени В.В. Докучаева в Центральном экономическом районе 66 % пашни расположено на склонах более 1°, в том числе на склонах от 1 до 3° - 43 %, а на более крутых - 23 %. При среднегодовом стоке талых вод 90 - 100 мм здесь ежегодно теряется 21 млн т почвы, С которой отчуждается 310.1 тыс Т гумуса, 16.5 тыс т азота, 13.6 тыс г фосфора и 255.1 тыс т калия.

В зональных системах земледелия, применяющихся в регионе, наименее разработанным звеном оказались природоохранные и почвозащитные мероприятия, что приводит к увеличению эродированных земель.

Следовательно, проблема охраны природы и рационального использования земельных ушдий, расположенных на склонах и подверженных водной эрозии, в связи со стремлением наращивать объемы сельскохозяйственного производства в южной части Нечерноземной зоны России является первостепенной и актуальной задачей.

Как с хозяйственно-экономической, так и с экологической точек зрения, целесообразнее предупреждение неблагоприятных изменений почвенного покрова, чем выполнение дорогостоящих работ по его восстановлению или воссозданию утраченных свойств, ответственных за плодородие.

Чтобы реально оценить научную обоснованность и почвозащитную направленность зональной системы земледелия, нужны объективные показатели, свидетельствующие о рациональности системы повышения

\ ЦНБ МСХА

она научнйй

И I

фон*} научнйй литераторы I кг

плодородия эродированных почв. При этом эффективная защита почв от эрозии возможна только при применении комплекса противоэрозионных мероприятий.

Для правильного решения данного вопроса большое значение имеет анализ результатов предшествующих научных исследований и накопленною опыта за последние годы, В этой связи данная работа и посвящена анализу л поиску рационального сочетания почвозащитных мероприятий необходимых для прекращения эрозионных процессов в южной части Нечерноземной зоны России.

Цель и задачи исследований. Основная цель работы - изучение длительного применения противоэрозионной системы земледелия в АОЗТ "Екимовское" Рязанского района Рязанской области и влияние ее на плодородие почвы, снижение эрозионных процессов и динамику урожайности культур. На базе аналитических исследований обоснование элементов адаптивно-ландшафтной системы земледелия, усиливающих почвоохранные функции.

Реализация поставленной цели осуществлялась решением следующих задач:

1. Выявить роль зональных условий в развитии эрозионных процессов,

2. Изучить влияние длительного применения противоэрозионного комплекса на изменение агрофизических, агрохимических и биологических свойств темно-серых лесных смытых почв и урожайность сельскохозяйственных культур на разных элементах склона

3. Определить экономическую и биоэнергетическую эффективность комплекса почвозащитных мероприятий.

Научная новизна. Впервые в условиях южной части Нечерноземной зоны России изучено влияние длительного применения противоэрозионной системы земледелия в хозяйстве на характер почвообразовательного процесса, развития эрозии почвы и урожайность сельскохозяйственных культур. Изучены свойства и режимы темно-серых лесных эродированных почв на разных элементах склона при длительном применении противоэрозионного комплекса. Выявлена

агроэкологическая и экономическая эффективность применения комплекса почвозащитных мероприятий. На основе имеющихся экспериментальных данных, критического изучения теоретического материала и проведенного анализа результатов внедрения противоэрозионной системы земледелия в условиях южной части Нечерноземной зоны России были даны рекомендации по воспроизводству плодородия эродированных земель и повышению урожайности сельскохозяйственных культур.

Практическая значимость н реализация результатов исследовании. Проведенные исследования расширяют представление о значимости использования противоэрозионной системы земледелия на склоновых землях. Протиао эрозионная организация земельной территории, почвозащитные севообороты, дифференцированная система удобрений и комбинированная обработка почвы по способам и глубине обеспечивают замедление эрозионных процессов, воспроизводство плодородия почвы, улучшая агрофизические, агрохимические и биологические свойства эродированных почв и повышение урожайности сельскохозяйственных культур.

Результаты исследований использовались при разработке и внедрении почвоохранных мероприятий по борьбе с водной эрозией в СПК «ПронскиЙ» Пронского района Рязанской области.

Апробация работы н публикации. Результаты исследований доложены на научных конференциях Рязанской государственной сельскохозяйственной академии им. проф. П.А. Костычева в 2000 - 2002 годах. По материалам диссертации опубликовано три статьи.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Внедрение противоэрозионной системы земледелия способствует замедлению эрозионных процессов, воспроизводству плодородия эродированных почв и росту урожайности сельскохозяйственных культур.

2, Элементы склона имеют различное экологическое состояние, что необходимо учитывать при разработке систем земледелия.

3. Применение комплекса почвозащитных мероприятий на склоновых землях является экономически, энергетически выгодным и экологически безопасным.

Структура н объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, предложений производству, приложения. Работа изложена иа 148 страницах машинописного текста, содержит 23 таблицы, 9 рисунков, 21 приложение. Список использованной литературы включает 223 источника, в том числе 11 иностранных авторов.

Содержание работы Условия и методика проведения исследовании.

Исследования проводились в 1999 - 2003 гг в АОЗТ «Екимовское» Рязанского района Рязанской области и на кафедре земледелия Рязанской государственной сельскохозяйственной академии им. проф. П.А. Костычева. Объектом исследований являлась противоэроз и он ная система земледелия АОЗТ «Екимовское». Погодные условия в период проведения полевых исследований достаточно полно отражали характерные особенности климата зоны, что позволило объективно оценить результаты исследований.

Исследования велись в двух направлениях. Первое - изучение применяемой противоэрозионной системы земледелия в АОЗТ «Екимовское» и влияние ее на урожайность сельскохозяйственных культур. При проведении данной работы использовались документы хозяйства: материалы почвенного и поч венно-эрозионного обследований, проведенные Рязанским филиалом института Центргнпрозем в 1976 - 1977 годах; проект внутрихозяйственного землеустройства совхоза «Екимовский» Рязанского района Рязанской области, выполненный Рязанским филиалом института Центргнпрозем в 1977 году; система земледелия и землеустройства ОПХ «Екимовский» Рязанского района Рязанской области, выполненная Рязанским филиалом института Центргнпрозем в 1984 году.

Второе направление - изучение влияния длительного применения противоэрозионного комплекса на показатели, характеризующие плодородие темно-серых лесных смытых почв на разных элементах склона,

С этой целью нами были обследованы участки, относящиеся к нолям почвозащитного севооборота. Севооборот расположен на тсмно-ссрых лесных смытых тяжелосуппшистых почвах. Площадь севооборота 614,3 га, из них 323,2 га слабосмытые и 291,1 га среднесмытые почвы. На период исследований почвозащитный севооборот имел следующее чередование культур: 1 - 3 -многолетние травы; 4 - однолетние травы; 5 - озимая пшеница; 6 - ячмень с подсевом многолетних трав. На трех полях севооборота были выбраны участки одинаковые по почвенной разности, механическому составу и материнской породе. Данные участки расположены на склонах северо-восточной, северозападной экспозиции с уклоном до 5°, то есть на склонах наиболее характерных для хозяйства. На первом участке, на протяжении трех лет возделывали с ь многолетние травы. На втором участке в 2000 - 2002 году культуры чередовались следующим образом: ячмень - однолетние травы - озимая пшеница, а на третьем участке - озимая пшеница - ячмень - однолетние травы. Таким образом, схема исследования имела следующий вид: за варианты опыта были прнняты части склона - верхняя, средняя и нижняя. Каждый вариант изучался на трех повторениях. Площадь опытной делянки 1000 м2, учетной — 420 мг.

На выбранных участках было заложено 18 почвенных разрезов, изучение которых позволило определить степень смытости почвы на разных элементах склона и дать описание морфологических признаков почвы. Из каждого генетического горизонта разрезов брали образцы почвы, по которым определялись агрохимические показатели плодородия почвы. Кроме этого, отобраны смешанные образцы почвы по слоям 0 - 20 , 20 - 40 и 40 - 60 см в верхней, средней и нижней частях склона. Анализ почвенных образцов проводился в Рязанской областной станции химизации.

Степень смытости определялась по классификации Г.П. Сурмача (1956), предложенной им для серых лесных почв с мощностью гумусового горизонта (у несмытой) до 45 см. Слабосмытой мы считали почву, гумусовый горизонт которой смыт менее чем на 25 %. Если гумусовый горизонт уменьшался в пределах 25 - 50 % - почву относили к среднесмытой.

За эталон принимали мощность гумусового горизонта (А[ + А2) на водораздельном плато (результаты обследования 1976 года). Почвы на водоразделе и склоне относятся к одному и тому же типу и подтипу и развивались на одинаковых материнских породах.

Расчет потерь почвы в период снеготаяния и ливневой эрозии в почвозащитном севообороте, а так же допустимых норм смыва проводился на основе методических указаний по проектированию противоэрозионной организации территории при внутрихозяйственном землеустройстве в зонах проявления водной эрозии (1986) и по формулам Герасименко В.П. (1996).

В годы исследований также выполнялись следующие наблюдения и лабораторные исследования: измерение мощности снежно!-о покрова и количества влаги в нем, глубины промерзания и оттаивания почвы, определение структурно-агрегатного состава, водопрочности, плотности, порозности, аэрации, водопроницаемости почвы, расчет запасов влаги, определение агрохимических показателей плодородия почвы, учет засоренности посевов, определение биологической активности и токсичности почвы, а также определение урожайности, экономической, биоэнергетической и экологической эффективности применения почвозащитных технологий при возделывании сельскохозяйственных культур на склоновых землях.

Все учеты и анализы выполнялись по соответствующим ГОСТам и методикам, принятым в научных учреждениях. Данные урожая обрабатывались методом дисперсионного анализа для однофакторных опытов (Доспехов Б.А., 1985) на ПЭВМ.

Результаты исследований.

Эффективность комплекса противоэрозиен пых мероприятий в борьбе с водной эрозией в условиях АОЗТ «Екнмовское» Рязанского района

Рязанской области.

АОЗТ «Екимовское» расположено в северо-восточной части Рязанского природ но-почвенного района и относится ' к Вер хме-Пронс кому геоморфологическому району расчлененности увалисто-холмистого рельефа. Общая площадь землепользования составляет 4327 га, из них 3531 га сельскохозяйственные угодья, из которых 3005 га пашня, 261 га сенокосы, 615 га пастбища, 190 га леса и 256 га другие уголья.

Процессам водной эрозии подвержено 82 % земель, причем, 21 % эродировано в средней и сильной степени.

В 1975 году по заказу руководства совхоза «Екимовский» был разработан и прошел экспертизу проект агроландшафтного земелеустройства территории с полным комплексом противоэрозионных, технологических, мелиоратиных. экономических, экологических и социальных мероприятий.

Основу научной системы земледелия составила контурно-мелиоративная организация территории. На пахотных землях с учетом типов почв, степени их эродированности, экспозиции, крутизны и длины склона было выделено 75 рабочих участков, из которых сформированы два полевых и два почвозащитных севооборота, В первом почвозащитном севообороте эрозионпо-устойчивые культуры заняли 66, 7 %, а во втором 75 % от площади севооборота. В полевом зернопропашном севообороте на менее эродированные землях были размещены самые эрознонно-оласиые культуры: ] - пар, 2 -картофель (50 %), кукуруза (50 %>, 3 - ячмень + клевер, 4 - клевер, 5 -кукуруза, 6 - овес, На удаленных от центральной усадьбы землях вве,^ шестипольный зерновой севооборот, 80 % площадей которого составляю! смытые, в том числе 14, 1 % среднесмытые почвы. В этом севообороте 50 °/< площади заняли эрозпонно-устойчивые культуры (клевер и озимые зерновые)

Чередование культур: 1 - горох, 2 - озимая рожь, 3 - яровая пшеница + клевер, 4 - клевер, 5 - озимая пшеница, 6 - гречиха.

Таким образом, организация территории землепользования претерпела коренные изменения, позволяющие создать в данном ландшафте эффективное соотношение угодий, структуру посевных площадей, в которой наиболее опасные в эрозионном отношении культуры сокращены в три раза, а площади эрозионно-устойчивых культур увеличены с 2 до 51,9%.

В связи с новым размещением сельскохозяйственных культур, установилась и новая система применения удобрений. Удобрения стали использозаться более рационально, по расчетным дозам. Органические удобрения, если раньше в основном попадали на близлежащие склоны, то при ландшафтной организации территории стали вноситься только в полевые севообороты. Это позволило повысить дозы их внесения, В двух почвозащитных севооборотах бездефицитный баланс гумуса обеспечивается за счет возделывания многолетних трав и заделки соломы, В исходный период (1971 — 1975 гг) на гектар пашни хозяйство вносило 0,9 т органики, тогда как к 1991 году эта норма уже составляла 6,6 т/га. Увеличились и дозы минеральных удобрений, в среднем на 15 %.

Существенно изменилась и система обработки почвы. Вся обработка почвы стала проводиться поперек склона, а также по контуру участков. В больших размерах, чем намечалось почвозащитным проектом, получила применение плоскорезная обработка почвы, которая обеспечивает не только надежную защиту от эрозии, но и повышает производительность труда на 35 %, позволяет более эффективно аккумулировать осенние и весенние осадки. По наблюдениям специалистов хозяйства урожайность зерновых культур по плоскорезной обработке практически всегда выше, и прибавка урожая составляет в среднем по зерновым культурам от 2,8 до 5,4 ц/га.

Оценивая, должным образом, положительные результаты плоскорезной обработки почвы в условиях хозяйства, специалисты не отказались и от обычной классической технологии обработки почв. Обычная вспашка с

и

оборотам пласта проводится один раз в три - четыре года под пропашные культуры и на полях, вышедших из-под многолетних трав. За это время большая часть сорняков, запаханных плугом, теряет всхожесть, гибнут личннки и куколки вредителей.

В зимний период, по мерс необходимости, проводится снегозадержание поперек господствующих ветров при высоте снежного покрова 15 - 17 см, В конце зешы осуществляется регулирование снеготаяния. Предпосевная обработка почвы весной под яровые культуры включает ранне-весеннее боронование зяби и культивацию на глубину 10-12 см культиваторами КПЗ -3.8 с одновременным боронованием. Посев зерновых проводится сеялками СЗС - 2,1 на участках с безотвальной обработкой и СЗУ - 3.6 с оборотом пласта. После посева поле прикатывается кольчатыми катками. Под озимые культуры проводится поверхностное рыхление культиватором КПШ -5 на глубину 10 -12 см. При появлении всходов сорняков проводится предпосевная обработка дисковой бороной.

На отдельных полях и рабочих участках со среднесмытыми почвами и крутизной до 5° осуществляется вспашка с одновременным лункованием и прерывистым броздованнем. Лун кован не выполняется одновременно со вспашкой с помощью навешиваемого на плуг приспособления ПРНТ - 90000. При лунковании образуется на одном гектаре П - 14 тысяч лунок с общей емкостью 250 - 300 м3. Для прерывистого бороздования используется плуг ПЛН - 4 - 35 с приспособлением ПРНТ - 70000. Количество прерывистых борозд на гектаре при этом составляет 40 - 42 тысячи штук.

На территории хозяйства также были проведены агролесомелиоративные и гидротехнические мероприятия. Водорегулирующие лесные полосы, посаженные по контуру или поперек склона, кроме функций снегозадержания и регулирования снеготаяния, являются одним из основных элементов устройства территории севооборотов. Они стали линиями, указывающими направление основной обработки почвы н посева.

Агрохимическое обследование, проведенное в 1983 году, выявило, что в результате внедрения комплекса противоэрозионных мероприятий значительно улучшились агрохимические свойства почвы. Так, объем площадей с высоким и очень высоким содержанием фосфора увеличился в 3 раза, с высоким и очень высоким содержанием калия в 5,5 раза, нейтральных по кислотности и близких к нейтральным почв стало больше в три раза. Содержание гумуса в пахотном горизонте всех почв практически не изменилось, но увеличилась емкость поглощения н степень насыщенности основаниями, возросла глубина пахотного горизонта.

Уже в первые годы освоении проема (1976 - 1980 гг) было отмечено значительное повышение урожайности сельскохозяйственных культур (табл.1).

1. Динамика изменения урожайности культур в АОЗТ "Екимовское"

Показатели До освоения (19711975) 19761980 19811985 19861990 19911995 19962000

Зерновые всего 13.2 19,4 24,3 35.4 34,6 29,7

В том числе озимые 15,7 21,6 29,6 38,6 36,4 30.9

Ячмень 13,7 24.3 25,6 36,9 36,5 32,4

Гречиха - 6,6 7,7 11,7 11,0 123

Яровая пшеница 10,1 23,2 14,2 23,8 24,0 28,1

Однолетние травы 18,6 31,6 - 36,4 32,1 30,2

Картофель 55,3 77,8 162,5 189,4 130,6 145,6

Кукуруза на силос 93,3 160,0 312,7 376,0 377,7 372,0

Многолетние травы на сено 21,0 33,3 30.6 47,4 31,2 30,5

В целом, за изучаемый период , урожайность зерновых культур по отношению к исходному возросла в 3 - 4 раза, урожайность картофеля увеличилась в 2,5 раза, кукурузы на силос в 4 раза.

Несмотря на сложные экономические условия, которые пережинает сельское хозяйство в целом, хозяйство продолжает оставаться одним из лучших в области.

Внедрение проекта агроландшафтного землеустройства территории с полным комплексом противоэрозионных, технологических, мелиоративных, экономических, экологических и социальных мероприятий позволило хозяйству остановить развитие эрозионных процессов, повысить плодородие эродированных земель и урожайность сельскохозяйственных культур,

Влияние длительного применения противоэрозненного комплекса на свойства темно-серых лесных смытых почв и урожайность сельскохозяйственных культур на разных элементах склока.

Морфологически с и агрохимические свойства почвы на разных элементах склон». Изучение морфологического строения почвы выявило различную интенсивность эрозионных процессов на разных элементах склона, В верхней, средней части изучаемых склонов расположены слабосмытые почвы, а в нижней - среднесмытые.

В профиле слабосмытой почвы выделяются все основные горизонты, характерные для темно-серой лесной почвы, но мощность гумусового горизонта несколько укорачивается и составляет 33-36 см. Пахотный слой находится в пределах гумусового горизонта.

Для профиля среднесмытой почвы характерно значительное уменьшение гумусового горизонта (21 - 23 см), который смыт более чем на одну треть, в распашку систематически включается горизонт АЗ, поэтому пахотный слой отличается буроватым оттенком. Сравнивая результаты морфологического строения профилей почв разной степени эродированности с имеющимися данными 1976 года, можно говорить о том, что дальнейшего развития эрозионных процессов на территории хозяйства не происходит.

Мощность гумусового горизонта, зафиксированная на слабо и средне эродированных почвах, осталась практически без изменений.

Агрохимический анализ образцов полученных из почвенных разрезов указывает на различие химических свойств почвы на разных элементах склона (табл.2)

2. Агрохимические свойства почвы в зависимости от элемента склона

(участок 2)

Элемент склона Горизонт Глубина взятия образца, см рН солевой вытяжки Гумус, % Р2СЦ £С30

Мгна 100 г почвы

Верхняя часть склона слабосмытая Апах А )А 2 АВ 0-20 25-35 40 — 55 5,6 5,8 6,0 3,68 3,Ш 2,35 24,6 22,4 15,6 17,3 13,7 9,5

Средняя часть склона слабосмытая Апах А іА 2 АВ 0-20 25-35 40-55 5,7 5,9 5,9 3,35 2,66 2,15 23,3 16,2 16,9 14,1 9,1 9.5

Нижняя часть склона среднесмытая Апах АВ В 0-20 25-35 40-55 6,0 5,9 5,9 2,85 2,15 1,65 20,5 17,8 19,0 13,3 8,4 7,8

Содержания гумуса закономерно снижалось вниз но склону. Содержание гумуса на нижних элементах склона 8 среднем было на 20 - 25% меньше, чем на верхних, рН почвенного раствора характеризует данные почвы как близкие к нейтральным. Исследуемые почвы достаточно обеспечены подвижным фосфором и калием.

Факторы, определяющие сток воды и смыв почвы при снеготаянии. Основным фактором, определяющим эрозию почв в южной части Нечерноземной зоны РФ, является сток талых вод, интенсивность которого во многом зависит от характера распределения и условий таяния снега.

Распределение снега по элементам склона было достаточно равномерное, н разница между верхними и нижними частями склона в основном составляла не более 1 - 3 см.

На накопление снега значительное влияние оказал агрофон изучаемых участков. Применение на склонах плоскорезной обработки почвы с сохранением на поверхности стерии (основная обработка под ячмень) способствовало увеличению высоты снежного покрова по сравнению с отвальной вспашкой (основная обработка под однолетние травы), в среднем на 2-4 см. Озимые зерновые культуры и многолетние травы также способствуют накоплению снега. В годы исследований на склонах, занятых этими культурами, снега было больше, соответственно, на б ~ 8 и 8 - 10 см, по сравнению с зябью.

Существенное влияние на снешнакоплекие оказывали метеорологические условия знмних. периодов. Количество выдавших осадков в виде снега в 1999 -2000 и 2001 - 2002 гг находилось в пределах среднемвоголзтних значений, а в 2000 — 2001 году значительно превышало их. Но, несмотря на большие запасы снега зимой 2001 года, высокие положительные температуры во время зимних оттепелей способствовали стаиванию снега, тем самым значительно снижая запасы влаги к моменту весеннего снеготаяния. Динамика изменения запасов воды в снежном покрове зависит от его высоты, поэтому прослеживается та же закономерность, что и в распределении снега на изучаемых участках.

Решающую роль в формировании поверхностного стока талых вод играет глубина промерзания почвы к моменту снеготаяния. За три гола наблюдений глубина промерзания была незначительной, уступая среднемноголстним значениям зоны - 55 - 73 см.

Так как, к моменту снеготаяния почва практически полностью оттаивала, то водопроницаемость в основном зависела от агрофизических свойств почвы, складывающихся на разных элементах склона. Значения водопроницаемости изменялись в пределах 0.57-0.89 мм/мин. Несколько лучшая водопроницаемость отмечалась в верхней части склона по сравнению с нижней. Разница в среднем составляла 6%. Такая закономерность изменения водопроницаемости по элементам склона, на наш взгляд, объясняется приближением к поверхности более плотных горизонтов почвы.

Проанализировав основные факторы, определяющие формирование стока талых вод в годы исследований мы можем говорить о том, что он не формировался или был очень слабым как с зяби, так и с уплотненной пашни. Таким образом, в период исследований основное влияние на активность процессов разрушения почвы талым стоком оказали гидрометеорологические условия зимне-весенних периодов, которые были весьма разнообразными.

Агрофизические свойства почвы.

Структура почвы. Одним из важнейших агрофизических показателей плодородия почвы служит характеристика ее структурного состава.

Структурное состояние пахотного слоя достаточно высокое, причем представлено оно в большей степени наиболее ценной фракцией 10-1 мм (55 -70 %). Водопрочность агрегатов также достаточно высокая и составляет 25.6 -51.8% (табл.З),

З.Содержание водопрочных агрегатов на разных элементах склона, %

Элемент склона Слой почвы, см Содержание фракций больше 0,25мм, %

участок № 1 участок № 2 участок № 3

сухой рассев мокрый рассев сухой рассев мокрый рассев сухой рассев мокрый рассев

Верхняя часть 0-20 91.5 37.8 92.5 25.6 95.2 35.6

20-40 92.4. 42.0 92.1 37.4 95.6 43.0

40-60 93.8 63.7 93.5 52.8 96.9 57.1

Средняя часть 0-20 92.3 44.8 93.2 30.8 94.3 37.6

20-40 92.1 52.1 94.7 49.2 97.2 44.7

40-60 95.8 64.1 95.4 60.2 97.5 60.3

Нижняя часть 0-20 93.7 51.8 94.3 36.6 95.7 44.1

20-40 93.5 53.7 95.1 54.8 96.1 53.4

40-60 94.1 67.0 96.3 63.7 96.6 65.9

При анализе структурно-агрегатного состава почвы отмечалось увеличение структурных и водопрочных агрегатов на почвах с большей степенью смытости. Это связано с тем, что у серых лесных почв лучшее структурное состояние имеют подпахотные слои, которые в данном случае выносятся на поверхность. На данной особенности серых лесных почв

базируются рекомендации по улучшению структуры пахотного слоя путем глубокой вспашки, что позволяет выносить на поверхность почву более структурных горизонтов.

Вместе с тем, нр» развитии эрозионных процессов, данное явление считать положительным нельзя. Выходящий на поверхность или значительно вовлекаемый в обработку иллювиальный слой сам по себе (без верхнего плодородного слоя) агрономической ценности не имеет - обладает низким запасом гумуса, высокой плотностью и низкой лорозностью.

Плотность, порозность и аэрация. Возделывание в севообороте культур сплошного способа сева и отсутствие пропашных культур приводит к тому, что на участках складывалась несколько повышенная плотность, которая находилась в среднем за вегетационный период в пределах 1,3- 1,4 г/см5.

На динамику плотности почвы оказали влияние не только возделываемые культуры и их агротехника, но и элементы склона. Наибольшее уплотнение отмечалось в нижней части склона. Причем, в наибольшей степени это происходило в подпахотном слое 20 - 40 см. Такая закономерность складывалась на всех изучаемых участках. Так, если на верхнем элементе склона в среднем по каждому участку данный показатель составлял 1,41; 1,37; 1,36 г/см3, то в нижней части склона он был выше и соответственно составлял 1,45; 1,43; 1,44 г/см3. Нами отмечено, что на плотность почвы в слое 0 - 20 см более существенное влияние оказали система основной обработки почвы и возделываемая культура, а в слое 20 - 40 см данный показатель в большей степени зависел от степени смытоста почвы.

Изменения плотности на разных элементах склона в свою очередь оказывали влияние на такие агрофизические показатели хак порозность и аэрация. В целом по участкам, все пахотные почвы, несмотря на некоторую уплотненность, характеризовались удовлетворительной общей пористостью, которая находилась в пределах 50 - 53 %. Вниз по склону вследствие увеличения плотности происходило уменьшение общей порозности. В среднем, разница между верхними и нижними элементами склона составляла на. первом

участке 2,4 %, на втором 2,2 % н на третьем 3 %. При анализе сложения почвы отмечалось преобладание некапиллярных пор, что обеспечивает благоприятные

водный и воздушный режилгы, что очень важно для эродированных почв.

*

Запас влаги на разных элементах склона. В период исследований на запасы влаги в почве большое влияние оказали метеорологические условия. Тем не менее, изучение водных свойств эродированной почвы позволило выявить различия в запасах влаги на разных элементах склона. Наибольший запас влаги на всех участках формировался в верхней части склона. Разница запасов общей влаги между верхней и нижней частью склона па первом, втором и третьем участках соответственно составила 9,3; 4,1 и 4,3 мм/га или 6,6; 3,1 и 3,1 %. Стоит отметить, что увеличение стелен и смытости способствует возрастанию доли непродуктивной влаги на нижних элементах склона. Отсюда запас продуктивной влаги снижался вниз по склону (рис.1).

Участок М» I Участок №2 Участок № Э

Рис. 1 Запас продуктивной влэси по элементам склона, мм>га (7000-2002 г г. в слое 0-в0 си)

На первом участке в нижней частя он соответственно был на 4,5 % ниже, чем в средней и на 13,4 % чем в верхней части склона; на втором - на 3,7 и 8 % и на третьем участке на 0,9 и 8,2 % соответственно.

Засоренность посевов. Наши не следования показали, что засоренность посевов на склоновых землях имеет свои особенности, что необходимо учитывать при разработке мероприятий по борьбе с сорной растительностью. Так, численность, масса, а также видовой состав сорных растений изменялись в зависимости от возделываемо)! культуры и элемента склона. Численность многолетних сорняков увеличивалась сверху вниз по склону и находилась в пределах 1,1 - 1,9 в верхней части и 1,7 - 4,4 пгт/м* в нижней части склона. Кроме того, на нижних элементах склона многолетние сорняки наиболее развиты. Масса сорного компонента возрастала в нижней части в 2 - 3 раза, изменяясь от 1,3 до 6,0 г/м2. Несколько иная закономерность прослеживалась по малолетним сорнякам. Численность сорняков этой группы варьировала по элементам склона незначительно, тогда как абсолютно сухая масса закономерно уменьшалась сверху вниз по склону и соответственно составляла 13,6-11,6 г/м2.

В целом применение почвозащитных технологий в хозяйстве не привело к увеличению численности сорняков на склоновых землях.

Урожайность сельскохозяйственных культур на разных элементах

склона.

Изучая агрофизические, агрохимические и биологические свойства почвы, нами были отмечены некоторые различия данных показателей иа разных элементах склона, что обусловило формирование различного уровня плодородия, который в свою очередь повлиял на урожайность полевых культур (табл. 4).

За период возделывания многолетних трав, разница урожайности между верхней и средней частью склона составляла 2 %, а между верхней и нижней -4 %. На втором участке при возделывании ячменя разница между верхней и нижней частью склона составляла 0,52 т/га или 14,4 %. Однолетние травы, снижали урожайность на среднесмытых почвах на 0,44 т/га (11,3 %). Озимая пшеница снижала урожайность в нижней части склона на 0,67 т/га или на 13,5

%, На третьем участке при возделывании этих культур прослеживалась подобная закономерность.

4. Урожайность сельскохозяйственных культур по элементам склона, т/га

Элемент, склона Участок №1 Участок №2 Участок №3

Многолетние травы (сено) Ячмень Однолетние травы (сено) Озимая тшеница Озимая тшеница Ячмень Однолетние травы (ссно)

2000 2001 2002 2000 2001 2002 2000 2001 2002

Верхняя часть 3,77 7,90 1,40 3,61 3,89 4,97 4,42 4,84 3,68

Средняя часть 3,57 7,81 1,43 3,48 3,63 4,77 4,18 4,73 3,56

Нижняя часть 3,44 7,74 1,36 3,09 3,45 4,30 3,79 4,12 3,28

НСРоз 0,32 0,84 0,14 0,32 0,37 0,46 0,47 0,46 0,36

В среднем за годы исследований продуктивность культур почвозащитного севооборота на склоновых землях была на хорошем уровне и составляла 36,7 ц кормовых единиц с 1 га севооборотной площади в верхней части склона и 32,4 ц в нижней части склона. Несмотря на то, что такие культуры как ячмень, однолетние травы, озимая пшеница в отличие от многолетних трав сильнее реагируют на смытость почвы, наибольшее снижение урожайности не превышало 15 %. Это позволяет говорить о повышении плодородия эродированных почв в результате применения комплекса противоэрозионных мероприятий.

Экономическая и биоэнергетическая эффективность применения почвозащитных мероприятии при возделывании сельскохозяйственных культур на склоновых землях.

Внедрение в хозяйстве почвозащитной технологии привело к увеличению производственных затрат на 9,6 %, однако они существенно окупались за счет повышения урожайности. Условно-чистый доход, полученный от применения почвозащитной технологам составил 2,4 тыс руб /га, что на 32,6 % выше по сравнению с обычной технологией. Уровень рентабельности возделывания культур на склоновых землях с использованием почвозащитных элементов превышал данный показатель на обычной технологии на 20,9 %.

Определение биоэнергетической эффективности возделывания сельскохозяйственных культур наряду с экономической приобретает все большее внимание (табл. 5).

При расчете энергетической эффективности наибольший энергетический коэффициент (7,3) был получен при использовании почвозащитной технологии возделывания культур на склоновых землях. При их применении полностью покрываются затраты на возделывание сельскохозяйственных культур и снижение плодородия почвы не происходит в отличие от обычных технологий, где урожай формируется от части за счет почвенных запасов гумуса, что отражает показатель изменения энергии гумуса (-6,3 ГДж/га).

Таким образом, установлено, что применение почвозащитной технологии при возделывании сельскохозяйственных культур на склоновых землях является экологичесхи и экономически оправданным. Они способствуют росту производства продукции и воспроизводству плодородия почвы.

5. Биоэнергетическая эффективность технологий возделывания сельскохозяйственных культур на склоновых землях

№ Показатели Обычная технология Почвозащитная технология

1 Урожайность зерновых, т/га 3,40 4,22

2 Затраты антропогенной энергии, ГДж/га 13,32 14,37

3 Выход валовой энергии в урожае, ГДж/га 88,51 105,28

4 Приращение валовой энергии, ГДж/га 75,19 90,91

5 Изменение энергии гумуса, ГДж/га -6,30 5,99

6 Приращение валовой энергии с учетом гумуса, ГДж/га 68,9 96,9

7 Энергетический коэффициент 6,6 7,3

8 Энергетический коэффициент с учетом гумуса 6,2 7,7

Показатель направленности воспроизводства плодородия почвы при возделывании культур с использованием данных технологий составляет 1,14, что позволяет говорить о расширенном воспроизводстве плодородия почвы.

Выводы

1. В Рязанской области почти половина площади пашни подвержена эрозионным процессам, в результате снижается уровень плодородия почв и не добирается 30 - 70 % сельскохозяйственной продукции.

2. Опыт работы АОЗТ «Екимовское» Рязанского района Рязанской области свидетельствует о важном значении противоэрозионной системы земледелия в остановленни процессов эрозии и оврагообразования, в повышении плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур.

3. Изучение морфологических свойств почвы на разных элементах склона позволило определить степень смытости почвы, которая изменялась от слабосмытой до среднссмытой. Сравнение полученных результатов с имеющимися данными 1976 года свидетельствует о том, что дальнейших деградационных процессов не происходит. Мощность гумусового горизонта, зафиксированная в 1976 году на слабо и средне эродированных почвах, осталась практически без изменений.

4. Одним из основных факторов, определяющих эрозию почв в южной части Нечерноземной зоны России, является сток талых вод. Его интенсивность во многом зависит от погодных условий зимне-весенних периодов (запасы воды в снежном покрове, глубина промерзания почвы, сроки и особенности снеготаяния). В годы исследований разница в накоплении и распределении снега и запасов воды между верхней и нижней частью склона составляла в среднем 1 - 3 см и 4 - 10 мм соответственно. Применение на склонах плоскорсзной обработки почвы с сохранением стерни на поверхности способствовало увеличению высоты снежного покрова и запасов воды в нем на 2 - 4 см (10 - 12 мм) по сравнению с отвальной вспашкой. Глубина промерзания была значительно меньше сред немного летних значений н колебалась.в пределах 20 - 40 см. Оттаивание почвы происходило до начала или в начальный период снеготаяния. Вся талая вода впитывалась в почву, и поверхностный сток практически не формировался.

5. Внедрение противоэрозионной системы земледелия оказало положительное влияние на структурное состояние почвы и ее водопрочность. Структурное состояние пахотного слоя представлено в большей степени наиболее ценной фракцией 10 - 1 мм (55 - 70 %). Водопрочность а1регатов достаточно высокая и составляет 25,6-51,8 %.

6. Установлено увеличение плотности почвы вниз по склону. Показатель плотности на изучаемых участках в среднем за вегетационный период находился в пределах 1,3 - 1,4 г/см5.

7. Пахотные почвы обладают удовлетворительной общей пористостью, которая находилась в пределах 50 - 53;% и уменьшалась вниз по склону. Аналогично изменяется некапиллярная пористость, а капиллярная имела обратную закономерность. Установлено преобладание некапиллярных нор.

8. Содержание гумуса в пахотном слое слабосмытых почв составляло 3,10 -3,68 %, тогда как на среднесмытых почвах его значения не превышали 2,50 -2,85 %. рН почвенного раствора в пахотном слое почвы разной степени смытостн изменялось в пределах от 5,5 до 6,3, что характеризует данные почвы как близкие к нейтральным. Исследуемые почвы достаточно обеспечены подвижным фосфором (15,4 — 24,6 мг/100 г почвы) и калием (9,5 - 17,36 мг/ЮО г почвы).

9. В результате длительного применения комплекса противоэрозиониых мероприятий на участках почвозащитного севооборота установлено развитие специфического агрофитоценоза. Так, численность, масса, а также видовой состав сорных растений изменялись в зависимости от возделываемой культуры и элемента склона. Численность многолетних сорняков увеличивалась сверху вниз по склону и находилась в пределах 1,1 - 1,9 в верхней части и 1,7 - 4,4 цгг/м1 в нижней части склона. Кроме того, на нижних элементах склона многолетние сорняки наиболее развиты. Масса сорного компонента возрастала в нижней части в 2 - 3 раза, изменяясь от. 1,3 до 6,0 г/м1. Несколько иная закономерность прослеживалась по малолетним сорнякам. Численность сорняков этой группы варьировала по элементам склона незначительно, тогда как абсолютно сухая масса закономерно уменьшалась сверху вниз по склону и соответственно составляла 13,6- 11,6 г/м\

10. Изучение агрофизических, агрохимических и биологических свойств почвы выявило различия этих показателен на разных элементах склона, что в результате отразилось на урожайности сельскохозяйственных культур. Достоверное снижение урожайности было отмечено между верхними и нижними элементами склона, при возделывании таких культур как однолетние

травы, озимая пшеница, ячмень. Снижение урожайности не превышало 15 %. Менее всею реагировали на степень смытости многолетние травы.

11. Наиболее экономически н энергетически выгодным является применение почвозащитных технологий возделывания сельскохозяйственных культур на склоновых землях. Уровень рентабельности составляет 87,9 %, что на 20,9 % выше, чем по обычной технологии. Коэффициент биоэнергетической эффективности с учетом гумуса составляет 7,7, тогда как при применении обычной технологии он равнялся 6,2. Показатель направленности воспроизводства плодородия почвы при возделываиин сельскохозяйственных культур с использованием почвозащитных технологий составляет 1,14, что позволяет говорить о расширенном воспроизводстве плодородия почвы.

Предложения производству.

В южной части Нечерноземной зоны РФ на склоновых землях рекомендуется внедрять адаптивно-ландшафтные системы земледелия, базирующиеся в зависимости от развития эрозионных процессов на контурной или контурно-мелиоративной организации территории. На темно-серых лесных смытых почвах расположенных на склонах до 5° целесообразно вводить почвозащитные севообороты с насыщением многолетними травами до 50 %, дифференцированно применять удобрения в зависимости от элемента склона, проводить разноглубинную обработку почвы, выполняемую по горизонталям рельефа. Максимально использовать в качестве органических удобрений всю нетоварную массу выращиваемых культур.

Это позволит предотвратить смыв почвы, обеспечить воспроизводство плодородия эродированных почв и рост урожайности сельскохозяйственных культур.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Евсенкина Ю.М. Особенности развития эрозии почв в Рязанской области И

4

Вопросы экономики, права и педагогики: Сборник научных статей. - Рязань, 2002, -С.12 -14

2. Дрожжин К.Н., Евсенкина Ю.М. Опыт рационального использования эрозионно-опасных земель В АОЗТ «Екнмовское» Рязанского района Рязанской области //Актуальные проблемы экологии и сельскохозяйственного производства на современном этапе: Сборник научных статей по итогам научно-исследовательской работы агрономического факультета Рязанской ГСХА. - 2002. - Вын.1. - С. 14 - 16

3. Дрожжин К.Н., Евсенкина 10.М. Факторы, определяющие сток воды и смыв почвы при снеготаянии // Актуальные проблемы экологии и сельскохозяйственного производства на современном этапе: Сборник научных статей по итогам научно-исследовательской работы агрономического факультета Рязанской ГСХА. - 2003. - Вып.2. - С.27 - 28

Отпечатано в ООО «Орггехцентр» Тираж 100 эю, заказ № 986