Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Воспроизводство биогенных ресурсов в агроэкосистемах и регулирование плодородия чернозема лесостепи Поволжья

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "Воспроизводство биогенных ресурсов в агроэкосистемах и регулирование плодородия чернозема лесостепи Поволжья"

о

На правах рукописи

Куликова Алевтина Христофоровна

ВОСПРОИЗВОДСТВО БИОГЕННЫХ РЕСУРСОВ В АГРОЭКОСИСТЕМАХ И РЕГУЛИРОВАНИЕ ПЛОДОРОДИЯ ЧЕРНОЗЕМА ЛЕСОСТЕПИ ПОВОЛЖЬЯ

Специальность 06.01.01. - общее земледелие

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

КИНЕЛЬ - 1997

Работа выполнена в Ульяновской государственной сельскохозя: ственной академии

Научный консультант: акадэмик АЮ, доктор сепьскахоаяйственш

наук, профессор В.И. Морозов.

Официальные оппоненты: заслуженный работник сельског<

хозяйства Российской Федерации доктор сельскохозяйственных науь профессор И.А. Чудаков; заслуженный деятель науки Российско Федерации, доктор сельскохозяйствен» наук, профессор А.И. Кузнецов; доктор сельскохозяйственных нау? профессор Н.И.Зеэюков.

Ведущее предприятие: Научно-исследовательский ордена

Трудового Красного знамени инстит> сельского хозяйства Юго-Востока

Защита состоится 199 ¥ г. в ./У часов 1

заседании диссертационного совета Д. 120.47.01 при Самарск* государственной сельскохозяйственной академии

Адрес: 446400, Самарская область, г. Кинель-4, п. Уст Кинельский, диссертационный совет

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии

Автореферат разослан " /-¿¿Л 199^ годя

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук —Г. К.Марковскг

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Характерной особенностью лесостепи щолжья является острый дефицит органического вещества для мпенсации отчувдаемых из агроэкосистем почвенных ресурсов. Ис-шьзование традиционного источника органических удобрений, как 1Воз, ограничивается ввиду больших затрат при перевозке, накоп-:нии и внесении. В связи с этим наблюдается ускоренное нарастаю уровня деградации почвенного покрова: в отдельных хозяйствах гьяновской области ежегодные некомпенсированные потери гумуса тстигают 1.5___3 тонн и более на одном гектаре. Последнее являйся одной из основных причин ослабления устойчивости и снижения юдуктивности агроэкосистем, что приводит к негативным как эко-эмическим, так и экологическим последствиям. В связи с этим имейся настоятельная необходимость изучения возможности повышения юдуктивности земледелия и воспроизводства плодородия почвы за 1ет создаваемых в агроэкосистемах биогенных ресурсов, оптимиза-ти систем обработки почвы и фитосанитарного состояния посевов,

Исследования проводились в соответствии с заданием Координа-тонного Совета по севооборотам "Усовершенствовать систему пояе-лх, кормовых и специализированных севооборотов" (номер государ-гвенной регистрации 01.9.200/1166) и заданием Министерства сель-кого хозяйства и продовольствия Российской Федерации "Воспроиз-эдство биогенных ресурсов и гумусовое состояние чернозема лесо-гепи Поволжья" и являются составной частью плана научной работы ггьяновской ГСХА.

Цель и задачи исследований. Цель исследований - разработать гратегию воспроизводства плодородия чернозема лесостепи Поволжья а счет создаваемых в агроэкосистемах биогенных ресурсов, оптими-ации систем обработки почвы и фитосанитарного состояния посевов а регулируемом фоне минерального питания растений. Основные за-ачи исследований следующие:

- установить закономерности накопления биогенных ресурсов подородия почвы в агроэкосистемах лесостепи Поволжья в зависи-ости от чередования культур и систем основной обработки;

- определить размеры и объемы растительных остатков, биоген-ых элементов, поступающих в почву в агроэкосистемах;

- выявить дифференциацию севооборотов по продуктивности и лиянию на режим органического вещества почвы;

- изучить особенности изменения плодорэдия чернозема выщело-енного и формирования урожайности культур в зависимости от сис-ем основной обработки почвы в севообороте;

- изучить экологию сорных растений в агрофитоценозах лесо-тепи Поволжья;

- разработать метод картографирования засоренности полей для .огноза и регулирования фитосанитарного состояния посевов;

- определить структуру затрат на восстановление почвеннс плодородия и формирование урожая с тем,'„чтобы выявить резервы с кращения ресурсов за счет биогенной интенсификации земледелия;

- провести экономическую и биоэнергетическую оценку севооС ротов и систем основной обработки почвы по влиянию на iuioflopoí чернозема и формирование урожайности с.-х. культур;

- изучить гумусовое состояние почв лесостепи Поволжья целью разработки системы мер по восстановлению почвенного плод родия в агроэкосистемах;

- разработать агроэкологическую концепцию воспроизводст плодородия чернозема лесостепи Поволжья.

Научная ноьизна. Применительно к условиям лесостепи П волжья на основе многолетних стационарных полевых опытов изуче формирование урожайности культур в зависимости от видов попев) севооборотов и накопление в них биогенных ресурсов ллодород почвы. Установлены связь массы растительных остатков с урсжа« основной продукции и коэффициента их гумификации, которые позв< ляют оценить основные потоки органического вещества и энергии агроэкосистемах. Выявлена дифференциация севооборотов по проду] тивности и влиянию на плодородие чернозема выщелоченного. Теор« тически и экспериментально обоснована целесообразность комбинирс ванной разноглубинной основной обработки почвы в полевых севообс ротах зерновой специализации. При этом установлены модели агроф!-зических параметров плодородия чернозема выщелоченного при возд« лывании ряда культур, вдавлены почвенно-биохимические сдвиги процессах гумусообразования, изменения в видовом и количественно составе сорного компонента агрофитоценоэов, разработаны регрессу онные модели продуктивности культур в зависимости от биотически и абиотических факторов. Изучена экология сорных растений в лесс степи Поволжья. Разработана и предложена производству карта-прох ноз засоренности полей методом концентрических окружностей. Опре делены агроэкономическая и биоэнергетическая эффективность севс оборотов и систем обработки по влиянию на плодородие почеч и фор мирование урожайности сельскохозяйственных культур, затрата энер гии гумуса при этом и пути ее восстановления. Разработана arpo экологическая концепция воспроизводства плодородия чернозема ле состепи Поволжья.

На защиту выносятся следующие положения:

- оценка севооборотов по продуктивности, накоплению биоген ных ресурсов и влиянию на плодородие чернозема выщелоченного;

- коэффициенты гумификации пожнивно-корневых остатков, соло мы и навоза в условиях лесостепи Поволжья;

- теоретическое и экспериментальное обоснование необходимое ти дифференцирования систем обработки почвы в соответствии с аг-роэкологическими требованиями культур и по влиянию на плодороди

чернозема выщелоченного ;

- карта-прогноз засоренности полей методом концентрических экружностей;

- экономическая и биоэнергетическая оценка севооборотов и систем обработки почвы;

- агроэкологическая концепция воспроизводства плодородия чернозема лесостепи Поволжья.

Практическая значимость работы. Использование результатов исследований позволит сохранить плодородие чернозема лесостепи Поволжья преимущественно за счет биогенных ресурсов. Предложенная производству система обработки почвы в севообороте обеспечит достаточно высокую продуктивность и устойчивость агрозкосистем. Разработанная карта-прогноз засоренности посевов может стать основой мониторинга за видовым и количественным составом сорных растений щш обеспечения мер борьбы с ними с приоритетным использованием агротехнических средств. Выявленные закономерности формирования продуктивности агроэкосистем могут служлть основой их моделирования и управления.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований прошли производственную проверку на площади более 100 тыс. га (СПК "Маяк", "Заволжский", "Белозерский", им.Крупской, "Родина", "Заветы Ильича", учебное хозяйство УГСХА и др.) и внедряются в хозяйствах Ульяновской области; использованы при составлении системы интенсивного земледелия и технологий производства продуктов растениеводства (1990), концепции совершенствования систем земледелия в хозяйствах Ульяновской области (1996).

Апробация работы. Результаты исследований и положения диссертации докладывались и обсуждались на внутривузовских научных конференциях Ульяновской ГСХА. (1985...1997 гг.), на 11-й и 12-й яаучно-производственных конференциях почвоведов, агрохимиков и земледелов Урала и Поволжья (Уфа, 1988; Казань, 1991), на региональной научно-технической конференции {Волгоград, 1988), на Всесоюзной научно-производственной конференции по почвозсритному земледелию (Курск, 1988), на 2-м симпозиуме по биоконверсии (Оренбург, 1991), на региональном семинаре "Проблемы сохранения ючвенного плодородия" (Пенза, 1992), на 2-м Международном конгрессе по биоконверсии (Ивано-Франковск, 1992), на Международной шучной конференции СОИСЛФ (Калуга, 1993), на 2-м и 3-м Форумах ючвоведов России (Пущино, 1993, 1994), на научной конференции 'Эколого-агрохимические, технологические аспекты развития земледелия Среднего Поволжья и Урала" (Казань, 1995), на Международной юнференции географической сети опытов с удобрениями и другими ирохимическиыи средствами (Москва, 1996), на II съезде общества ючвоведов России, посвященном 150-летию со дня рождения В.В.До-чаев а (Санкт-Петербург, 1996), на научно-практической конферен-

ции "Проблемы экологии Ульяновской области" (Ульяновск, 1997), н. научной конференции "Системы земледелия Нечерноземной зоны Рос сийской Федерации и пути их совершенствования" (Н.Новгород 1997}.

Публикации. По результатам исследований опубликовано боле* 60 научных работ, в том числе по теме диссертации 31, общи: объемом 24.8 усл. п. листов.

Объем работы. Диссертация изложена на 362 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 8 глав, выводов и предложений производству, включает 44 таблицы, 29 рисунков и 37 таблиц : приложении. Список литературы включает 699 источников отечественных и зарубежных авторов.

Автор выражает сердечную признательность всем, кто помога. ей в работе.

СОДЕИВШИЕ РАБОТЫ

1. воспроизводство плодородия почвы в агроэкосистема; {актуальность проблемы)

Проведен анализ современного состояния почвенного по1фова (1 т.ч. лесостепи Поволжья) по результатам работ ведущих отечественных и зарубежных ученых. Показаны: значение органическое вещества в управлении плодородием почвы и создаваемых в агроэко-системах биогенных ресурсов в его воспроизводстве, роль обработка почвы в трансформации растительных остатков и регулировании плодородия, значение мониторинга и прогноза видового и количественного состава сорных растений в оптимизации фитосанитарного состояния полей, что определило основные направления исследований автора.

2 .Матодсогохумйсасие основы исследований и а1роэкалашчеаки< условия лесостепи Поволжья

2.1 .Мэтодапаг*®!, цели и задачи исследований

Методологические основы исследований строились на принципа: системного подхода к управлению плодородием почвы и формирование! продукционного процесса агроэкосистем, их устойчивости, эксшогич-ности и энергоресурсосбережения. В регулировании плодородия почв! оптимизацию гумусового состояния рассматривали как базовую, опре деляющую не только уровень потенциального и эффективного плодоро дия, но и ее биоэнергетический потенциал и устойчивое функциони рование агроландшафта. При этом исходили из того, что оно должн решаться преимущественно за счет биогенных ресурсов, создаваемы в агроэкосистемах, адаптированных к природным условиям, на основ нормативно-ресурсного подхода при оптимизации систем обработ

почвы и фитосанитарного состояния посевов. Программа исследований строилась с учетом требований науки и практики. Цели и задачи исследований приведены выше.

2.2.обоснование схемы опытов, методика найлкщений, учетов и анализов

Изучение продуктивности агроэкосистем и влияния создаваемых в них биогенных ресурсов на плодородие чернозема проводилось на базе экспериментальных севооборотов, освоенных в 1975 году в ордена Знак Почета учебно-опытном хозяйстве УГСХА.: зернопарового (1-й севооборот) - пар чистый - озимая рожь - яровая пшеница -овес; зернового (3-й) - горох - озимая рожь - яровая пшеница -овес; зернотравяного (5-й) - горох - озимая рожь - викоовсяная смесь - люцерна (выводное поле) - яровая пшеница; зернолропашного (6-й) - горох - озимая рожь - яровая пшеница - кукуруза - овес. Наряду с севооборотами изучались бессменные посевы гороха, озимой ржи, яровой пшеницы, ячменя, овса и кукурузы.

Изучение систем основной обработки почвы проводилось в 6-и псшьном палевом зернопаропропашном севообороте, освоенном в 1988 году: пар чистый - озимая рожь - кукуруза - яровая пшеница - горох - овес. Схема опыта включала четыре системы основной обработки почвы:

1.Отвальная: послеуборочное лущение стерни БДТ-7 на 8___10

см, отвальная обработка ПЛН-4-35 под озимую рожь и горох на

25___27 см, кукурузу на 28___30 см, яровую пшеницу и овес на

20___22 см. Вариант принят за контроль.

2.Плоскорезная: послеуборочная поверхностная обработка комбинированным агрегатом КПШ-5+БЙГ-3 на 8... 10 см, плоскорезная об-?аботка КПГ-2,2 на ту же глубину, что и в первом варианте.

3. Комбинированная в севообороте: послеуборочная поверхност-

юя обработка КПШ-5+БИГ-3 на 8___10 см и безотвальная обработка

шугом со стойкой СибИМЭ под чистый пар на глубину 25...27 см; гущение стерни БДТ-7 на 8—10 см и отвальная обработка ПЛН-4-35-'

юд кукурузу и горох соответственно на 28___30 и-25...27 см; по-

1ерхностная обработка КПШ-54-БИГ-3 на 8___10 см и плоскорезное

ыхление КПГ-2,2 под яровую пшеницу и овес на 2О...22 см.

4.Минимально-поверхностная: послеуборочная двухкратная обра-ютка комбинированным агрегатом КПШ-5+БИГ-3 под все культуры се-

ооборота с интервалом 10___15 дней: первая на глубину 8...10 см,

торая на 10...12 см.

Возделывание культур в опытах осуществлялось на фоне мине-альных удобрений с расчетом получения планируемых урожаев. Во сех севооборотах, кроме зернотравяного, в качестве органических добрений использовали навоз из расчета 8...10 т/га севооборотной пощади, солому зерновых культур и гороха. В опытах по севооборо-

там для защиты посевов применялись агротехнические и химически' средства в соответствии с технологическими требованиями, в опыта: по обработке почвы химические средства защиты растений не использовались .

Изучение экологии сорных растений в агрофитоценозах проводилось путем сплошного фитосанитарного обследования полей на площади более 100 тыс. га с 1986 по 1993 годы, гумусового состояни) почв лесостепи Поволжья - на примере отдельных, наиболее крупных, экономически устойчивых хозяйств за 1980...1992 гг.

Организация полевых опытов, проведение наблюдений, лабораторных анализов осуществлялись по общепринятым методикам. Экономическую оценку севооборотов проводили по системе натуральных t стоимостных показателей с использованием нормативов и расценок) принятых для производственных условий учхоза Ульяновской ГСХА Биоэнергетическая эффективность севооборотов и систем обработю почвы определялась по совокупным затратам энергоресурсов на возделывание культур и накоплению потенциальной энергии в урожае основной и побочной продукции, пожнивно-корневых остатках с учетоь затрат энергии гумуса на формирование урожая.

2.3.Асроэкопс™чесжий условия лесостепи Поволжья

2.3.1.Почвенный покрав. Основной фон почвенного покрова лесостепи Поволжья составляют различные подтипы черноземов и серые лесные почвы (в Ульяновской области соответственно 69.1 и 23%) . Среди подтипов черноземов преобладают черноземы выщелоченные средне- и тяжелосутлинистого механического состава. Почвы лесостепи Поволжья, особенно черноземы, в естественном состоянии характеризуются благоприятными агрофизическими, водно-физическим!-свойствами, высоким потенциальным плодородием и доступностью элементов минерального питания [В.В.Докучаев, 1883; И.П.Колосов, 1948, 1950, 1953; И.Ф.Ноошь, 1964, 1966; А.В.Колоскова, 1968; А.Г.Марковский, 1972; А.Ф.Селютин, 1973; Почвы Поволжья, 1974; М. П.Коковина, 1974, 1978].

Почва опытного поля - чернозем выщелоченный среднемощный тя-яклосуглинистый с исходным содержанием гумуса от 4.95 до 5.35%, подвижных форм фосфора и калия по Чирикову соответственно 21...35 и 13 — 25 мг на 100 г почвы, реакцией почвенного раствора 6.2 — 6.7. Сумма поглощенных оснований в верхнем горизонте составляет 28.8...39.0 мг-экв. на 100 г почвы, степень насыщенности основаниями достигает 94.2___98.2%.

Таким образом, чернозем выщелоченный на опытном поле и в учхозе УГСХА характеризуется достаточно высоким уровнем плодородия. Урожаи зерновых в учхозе на больших площадях достигают 35...45 ц/га. Однако, наблюдается значительная неустойчивость урожайности

эрновых и других культур, что, прежде всего, объясняется особен-остями гидротермических условий, складывающихся в отделыме го-а.

2.3.2.Вариабельность погодных условий. За годы исследований зксимальная сумма осадков составила 833 мм (1989 г.), что в 2 зза выше средней многолетней величины, минимальная - 476 мм 1995 г.). Наблюдается крайне неравномерное распределение осадков а вегетационный период. Например, в 1909 году за май-июль выпала эчти годовая норма осадков - 411 мм, тогда как в 1991 году всего 17 мм, в 1995 году - 101 мм. Коэффициент вариации при этом сос-авил 51%. Жестокая майская засуха 1995 года продолжалась до 3-й экады июля. При этом сумма осадков за май составила 3 мм, за онь 9 мм. Аналогично изменялось значение среднесуточной темпе-атуры.

Анализ динамики атмосферных осадков и теплового режима пока-лвает, что современная экологическая обстановка в лесостепи Позлись я характеризуется обострением засушливости климата в отдель-ле периоды и года, так и экстремальными ситуациями увлажнения в рухме, В таких условиях важно сохранение и воспроизводство в гивах органического вещества, как фактора устойчивости и повыше-т продуктивности агроэкосистем.

3. Продуктивность aiposKoaicrrai и накопление биогенных ресур-т плодсродая чернозема выщелоченного

3.1.Формирование урожайности культур в зависимости от черо-®ания в севооборотных ротациях

Устойчивое функционирование агроэкосистем, формирование вы-жой урожайности в них и обеспечение воспроизводства плодородия ивы возможно лишь при оптимальном соотношении и чередовании гльтур в севооборотах. "Во всех зонах страны при самом высоком ювне интенсификации земледелия мелиорация, применение удобре-й, пестицидов, регуляторов роста растений не могут заменить вы->кую эффективность научно обоснованного севооборота" [В.Г.Лоша-е, 1996].

Результаты исследований, проводишх нами на базе зксперимен-льных севооборотов, показали, что размещение озимой ржи по чис-му пару благодаря лучшей влагообеспеченности позволяет формиро-ть в условиях лесостепи Поволжья стабильно высокие урожаи на овне 45...50 ц/га (рис.1). При наличии достаточных запасов про-ктивной влаги перед посевом (не менее 25...30 мм в пахотном ое) урожайность ее по гороху ненамного уступает чистому пару (в еднем за 1988.,.1995 гг. на 1.7...3.5 ц/га). Влияние гороха как едшественника озимых сказывается на второй и третьей культуре: ожайность яровой пшеницы и овса во всех севооборотах при разме-

щении их по озимым после гороха стабильно выше, чем по озимь после чистого пара на 1.6...2.2 и 1.7 ц/га. Действие и последе* ствие гороха на урожайность озимых и последующих культур обуслоЕ лено мобилизацией дополнительных ресурсов биологического азота минерализацией растительных остатков, богатых нестойкими формам органических соединений с высвобождением элементов питания в дос тупной форме [О.А.Берестецкий, 1986; А. ьЪидегоих, 1989].

О э и м а я рожь

ц/га

4 0 3 0 2 О 1 0 0

Яровая пшеница

.1

Горох

Овес

"Т£ .

||||||р||||

111111 ¡(¡¡||

||1|||| ттв^щу

¡мшА

1 3 5 6 7

3 5 6 7

3 5 6 7

6 7

1

Рис.1.Урожайность зерновых культур и гороха при возделыва нии в севооборотах и бессменно.

Севообороты: 1-зернопаровой, 3- зерновой, 5-зернотравяный 6-зернопропашной; 7-бессменно.

Введение гороха в севооборот вместо чистого пара позволяет зерновом севообороте получать на 1 ц недобора зерна озимой ржи

среднем 9___10 ц зерна гороха, что приводит к повышению как зер

новой, так и белковой продуктивности. Однако при концентрации по севов более 20% урожайность его достоверно снижается всяедстви поражения афаномицетной и фузариозной корневыми гнилями [В.И.МО розов и др., 1987].

Лучшим предшественником яровой пшеницы является люцерна после которой урожайность ее в 1992 году составила 51.8 ц/га овес формирует достаточно высокие урожаи как при размещении п яровым зерновым культурам, так и по кукурузе ¡в отдельные года я 48.8 ц/га) . В условиях лесостепи Поволжья возможно получение ура жаев зеленой массы люцерны, викоовсяной смеси и кукурузы на уров не 250 — 450 ц/га. Даже в условиях острозасудшивого 1995 год урожайность викоовсяной смеси составила 136 ц/га, люцерны 28 ц/га, зеленой массы кукурузы 402 ц/га.

Оценка урожайности по размаху варьирования и коэффициент вариации показала, что при большой изменчивости по годам в сево

оборотах она была подвержена значительно меньшему варьированию по равнению с бессменными посевами. Особенно показательны в этом отношении коэффициенты вариации зерновых культур и гороха, кото-зые для яровой пшеницы в севооборотах составили 36.0...37.6%, тогда как в бессменных посевах 68.8%, гороха соответственно 17.2...48.0 и 81.4%, овса - 34.2...34.6 и 60.6%. При этом урожайность их в бессменных посевах ниже на 8...17 ц/га, что связано (наряду с другими факторами) с повышением инфекционной нагрузки fa растения и снижением их конкурентоспособности по отношению к горнякам. Эти данные убедительно показывают, что севооборот является гарантией реализации не только продукционного потенциала растений, но и устойчивости агроэкосистем.

3.2.Закономерности накопления и о&ъаяз. расяитеяьнызс хггатков, поступающих в почву.

Влияние агроэкосистем на плодородие определяется размерами и качеством поступающего в почву органического вещества, которые зарьируют в широких пределах в зависимости от культуры, климати-¡еских и почвенных условий, технологий возделывания [Н.Э.Станков, L364; Р.В.Авраменко, 1966; Н.И.Зезюков. 1980; A.M. Лыков, 1989; З.Ф.Киркхиин, 1993; А.Д.Фокин, 1993; J.L.Havlin, A.I. Schegel, L989, 1990]. Поэтому очень важна оценка суммарного поступления растительных остатков в почву, поскольку они определяют основу юрмального функционирования почвенной биоты и воспроизводства шодородия. Однако учет чистой продуктивности агроэкосистем затруднен из-за громоздкости выполнения и ряда нерешенных в методи-¡еском плане проблем и необходим поиск связей массы растительных >статков с урожаем основной продукции.

Наши исследования показали, что масса растительных остатков сультур с достаточной степенью достоверности определяется урожаем >сновной продукции через соответствующие уравнения регрессии. Еоследние позволяют количественно оценить размеры органического вещества, создаваемого в агроценозах севооборотов,на момент убор-si урожая.

В наших опытах размеры органического вещества, создаваемого 1 агроценозах, варьировали от 58 (горох) до 199 ц/га (люцерна) в ■од. При этом биопродуктивность люцерны превышает озимую рожь в реднем на 55 ц/га, яровые зерновые колосовые на 86 и кукурузу на 1 ц/га. Соответственно структуре использования пашни наибольшее юличество биомассы накапливается в эернотравяном севообороте -18 ц/га, тогда как в зерновом и зернопропашном севооборотах оно оставляет 101 и 108 ц/га и значительно меньше - в зернопаровом :евообороте (86 ц/га).

Анализ структуры органического вещества, поступающего в поч-у, показывает, что солома зерновых культур, если она не испсшь-

зуется на другие цели, составляет более половины биогенных ресур сов плодородия почвы в агроэкосистеыах: от 57 (озимая рожь) ^ 68% (горох), соответственно доля псжнивно-корневых остатков - с 43 до 32%. Большая часть пожнивнс-корневых остатков приходится ¡г корни и составляет от 60 до 64%.

3.3.Содержание и накопление биогенных элементов в физхмасзс ахроэкосистем

Для оценки вклада растительных остатков в плодородие почв необходимо располагать данными не только об их размерах, но и сс держании биогенных элементов в них, которые определяют как про цессьг трансформации их в почве, так и условия питания растений При этом достаточно точным интегрирующим показателем качества ор ганического вещества является отношение углерода к азоту и угле рода к фосфору [М.И.Сидоров, Н.И.Зеэюков, 1992]. По нашим иссле дованиям растительные остатки с наиболее оптимальным отношение С:Ы и С:Р205 (соответственно 33:1 и 130:1) поступают в почву зернотравяном севообороте. При таком соотношении минерализованны азот и фосфор свежих растительных остатков потребляются микроор ганизмами и переводятся в достаточно мобильную форму. Около поло вины их, заключенные в биомассе микроорганизмов, можзт освобож даться в течение вегетационного периода и поддерживать питани растений [А.А.Титлянова, 1992].

Следует отметить, что с псжнивно-корневыми остатками люцерн при урожайности 370...380 ц/га зеленой массы в почву возвращаете около 220 кг/га азота и запаси его в почве ежегодно пополняйте на 130 кг/га, тогда как с растительными остатками зерновых куль тур компенсируется 36...45% от выноса его, кукурузы - только 29% С пожнивно-корневыми остатками и соломой гороха в почву поступав 75 — 77% накопленного фитомассой азота. Количество накопленного растительных остатках фосфора позволяет компенсировать (в зависи мости от культуры) 32...55% от выноса его из почвы, калия - от 3 до 88%. Таким образом, компенсационный режим основных биогенны элементов в агроэкосистемах резко нарушен.

3.4. Дифференциация севооборотов по влиянию на реям органического вешэства почвы

Для оценки влияния поступающих в почву растительных остатко на режим органического вещества крайне важно установить- норматив этих процессов, так как прямое определение массы новообразовани гумуса в конкретных экологических условиях методически затрудне но. В наших исследованиях до 1981 года все культуры в эксперимен тальных севооборотах воэделывались на регулируемом фоне минераль ного питания с учетом получения планируемых урожаев. С 1981 год в опыте применяли навоз из расчета 8...10 т/га севооборотной пло

щади, а с 1986 рода - измельченную солому. Возделывание культур длительное время на разных фонах: расчетных доз минеральных удобрений, минеральных удобрений и навоза, совместного внесения органических, минеральных удобрений и соломы при строгом учете пож-нивно-корневых остатков и прямые определения содержания гумуса [три этом позволили нам установить коэффициенты гумификации пож-чивно-корневых остатков, навоза и солшы в условиях лесостепи Поволжья. Последние соответственно по углероду составляют 0.2, 0.25 и 0.3. Если даже установленные нами нормативы относительны, они цают возможность оценить основные потоки органического вещества в данной ситуации с тем, чтобы разработать рациональные системы оптимизации гумусового состояния почвы.

Исследования показывают, что биогенные ресурсы, их количественный и качественный состав оказывают прямое влияние на гумусовое состояние в севооборотах и происходит дифференциация их по влиянию на режим органического вещества и в целом на плодородие почвы. Несмотря на внесение навоза (10 т/га) и соломы зерновых культур (4 т/га) в зернопаровом севообороте масса растительных эстатков, поступающих в почву, не обеспечивает компенсацию расхода гумуса на формирование биомассы культур. При этом за счет пож-нивно-корневых остатков восполняется 17% от его минерализации в почве, за счет соломы 34%, навоза 37%, а некомпенсированные потери составляют 12%. В зернопропашном севообороте при данных условиях наблюдается почти бездефицитный, зерновом - положительный Запанс гумуса. В зернотравяном севообороте без внесения навоза потери гумуса полностью компенсируются за счет соломы зерновых культур (3 т/га).

Следует отметить, что несмотря на условность расчетного метода и недостаточную изученность всех параметров приходной и расходной статей гумусового баланса в условиях Поволжского региона, сопоставление полученных расчетных данных и прямых определений содержания и запасов гумуса в черноземе выщелоченном в наших опытах показало их близкую сходимость [В.И.Морозов и до., 1989]. 7оследнее показывает, что полученные нами нормативы (уравнения регрессии для расчета пожнивно-корневых остатков и ссломы, коэффициенты их гумификации) вполне приемлемы для прогноза режима ор-7анического вещества в почвах.

3.5. Цродуктивностъ агроэкоаютем в аевообсротных ротациях

Уровень плодородия, безусловно, влияет на продуктивность аг-оэкосистем. По данным В.И.Морозова (1996) имеется тесная корре-яционная связь между урожайностью зерновых культур в Ульянов-кой области как с содержанием подвижных форм элементов питания, ак и уровнем гумусированности. При этом изменение содержания гу-са на 1% обеспечивало за 1986... 1990 годы повышение урожайности

на 4.46 ц/га.

Продуктивность изучаемых севооборотов представлена в таблш. 1. Несмотря на то, что средняя урожайность культур была выше зернопаровсм севообороте, включение гороха в севооборот знач^ тельно повышает его зерновую (на 15%) и белковую (на 28%) проду» тивность. Наиболее продуктивными по сбору условных кормопротеинс вых единиц (КПЕ) и белка являются зернотравяный и зернопропашнс севообороты, сочетающие чередование озимых и яровых зерновь культур с зерновыми бобовыми, люцерной и бобово-злаковыми садеся ми, пропашными культурами.

Таблица

Продуктивность севооборотов за 1988___1995 гг.

Средняя уро- Получено ц/га Расход гу-

Севооборот жайность зер- севооборотной площади муса на соз

новых куль- зерна КПЕ сырого дание 1 TOi

тур, ц/га белка ны КПЕ, га

Зернопаровой 42.7 27.7 27.8 3.61 438

Зерновой 40.3 31.8 35.2 4.61 224

Зернотравяный 40.7 20.0 51.7 6.66 138

Зернопропашной 40.1 26.1 44.3 5.04 233

Севообороты с люцерной и зернобобовыми культурами способст вуют сохранению и воспроизводству основного показателя плодороди почвы - азотно-гумусового фонда. На создание 1 тонны КПЕ в зерно травяном севообороте расходуется значительно меньше гумуса, чем зерновом и зернопропашном севооборотах. Наиболее расточительным этом отношении является зернопаровой севооборот, в котором расхо, гумуса на 1 т КПЕ в 3.2 раза больше по отношению к зернотравянсм севообороту.

4.Системы обработки почвы и плодородие чернозема

Анализ литературных сведений по изучению влияния систем об работки на плодородие почв и урожайность с.-х. культур показывав крайне противоречивый их характер. Не цитируя многочисленны работы по данной проблеме (в диссертации они отражены), отметим что такая противоречивость в результатах исследований связана разнообразным и глубоким влиянием обработки почвы на почвеннь свойства и режимы в зависимости от природных условий и производ ственных ситуаций с одной стороны, с другой - биологическими осс бенностями культур и их требованиями к условиям произрастания Последнее обусловливает необходимость всестороннего изучения систем обработки и влияния их на плодородие почвы, следовательно,

на продуктивность агроэкосистем в плаке более полной адаптации их к конкретным почвенно-климатическим и ландшафтным условиям в соответствии с требованиями культур.

4.1. изменение лгрофизичекжих параметров плодородия

Наиболее значимыми показателями агрофизического состояния почв являются плотность сложения, пористость общая, капиллярная и некапиллярная, их соотношение, количество агрономически ценных агрегатов и их водопрочность.

Как показывают исследования, в зависимости от систем основной обработки почва приобретает значительно различающееся по показателям плотности и пористости строение пахотного слоя перед посевом культур. В среднем за ротацию зернопаропропашного севооборота более оптимальное строение пахотного слоя для пропашных культур и гороха обеспечивает отвальная система основной обработки почвы. При этом плотность 0...30 см-го слоя составляет 1.16 г/см3, общая пористость 55...56% при соотношении капиллярных и

Пористость, Ъ

60 Плотность,г/см?

30 40 30 20 10

1.30 1.25 1.20 -1л5 -1.10

Содержание водопрочных агрегатов, % 100 ■

80 60 40 20

1 2 3 4 1 2 3 4 Рис.2.Основные агрофизические показатели пахотного слоя (0...30 см) чернозема выщелоченного в зависимости от систем основной обработки почвы. 1,2,3,4 - варианты опыта; { ( • - пористость капиллярная, |——~ пористость некапиллярная, ........ - плотность почвы, щщ - содержание водопрочных агрегатов.

некапиллярных пор равным 2 (рис.2). Близкие к приведенным показатели получены по комбинированной в севообороте системе основной обработки почвы. Более плотное сложение почвы наблюдается по плоскорезной и, особенно, минимально-поверхностной системе основной обработки почвы: общая пористость снижается до 51—53% при одновременном увеличении дели капиллярных пор до 39 — 41% и уменьшении пор аэрации до 12... 13%. Эти различия более ярко выражены с

глубиной обрабатываемого слоя. В результате предпосевной и послепосевной обработки почвы плотность посевного слоя для большинства культур приобретает оптимальные значения и находится в пределах 1.08...1.16 г/см3. Однако ниже 10-и см-го слоя по плоскорезной и минимально-поверхностной обработке плотность значительно выше и составляет 1.25... 1.30 г/см3. Одновременно снижается доля некапиллярных пор (в отдельные года по минимально-поверхностной обработке до 8...9%), что сказывается на большинстве почвенных режимов и урожайности требовательных к агрофизическому состоянию почв культур.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что в содержании общего количества агрономически ценных агрегатов размерами от 0.25 до 10 мм в пахотном слое почвы разницы меязду вариантами опыта практически не наблюдается. Однако по комбинированной в севообороте системе обработки почвы, которая сочетает разноглубинную вспашку под пропашные и горох, плоскорезное рыхление под яровые зерновые и безотвальную обработку плугом со стойкой СибИМЭ под озимую рожь, происходит заметное улучшение водопрочности структуры (рис.2). Аналогичные результаты в условиях лесостепи Заволжья получены И.А.Чудановым (1985, 1988) и Г.И.Казаковым (1990, 1996) .

Общим требованием улучшения физических свойств почвы является оптимизация их гумусового состояния [В.В.Медведев, 1988; Н.И. Зезюков, 1989; И.В.Кузнецова, 1994; R.L.Blevins, W.W.Frye, M.S.Smith, 1985]. Как будет показано ниже, более благоприятный режим органического вещества обеспечивает комбинированная в севообороте обработка почвы, что по-видимому,и обусловило повышение водопрочности ее структуры по этому варианту.

4.2.Формирование запасов продуктивней влаги

Учитывая сложные экологические условия Поволжья, отличающиеся неустойчивым характером увлажнения, и противоречивость мнений по данной проблеме, совершенствование систем основной обработки в плане более полного усвоения атмосферных осадков, накопления, сбережения и рационального использования влаги, имеет первостепенное значение для земледелия региона.

Как показывают исследования, большое значение в формировании запасов влаги в условиях лесостепи Поволжья имеют осенне-зимние осадки, которые за сентябрь-апрель в среднем составляют 300...400 мм. В связи с этим ко времени возобновления вегетации озимых и сева ранних яровых культур в метровом слое почвы накапливается наибольшее количество продуктивной влаги (до 170...199 мм) . При этом в условиях ровной местности и наличия лесополос существенных различий в накоплении запасов продуктивной влаги в зависимости от систем основной обработки почвы не наблюдается: раз

личия между вариантами находятся в пределах 10.. .14 мм. Тем не менее, по всем полям севооборота они выше по комбинированной системе обработки почвы, где сютадаваются более благоприятные условия для накопления и сохранения влаги.

Заметное влияние системы основной обработки почвы оказывают на сохранение и продуктивное использование влаги, особенно в засушливые года. При этом испарение влаги по плоскорезной и минимально-поверхностной обработке почвы, придающим пахотному слою более плотное сложение, происходит интенсивнее и потери ее значительны (особенно при запаздывании со сроками сева). В метровом слое в среднем по севообороту они составляют 26...28 мм, в отдельные годы - до 35 — 45 мм и более. Более, чем в 2 раза, меньше

потери влаги по комбинированной обработке почвы и в 1.5___1.6 раз

- по вспашке.

Запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы по чистому пару ко времени сева озимых при обработке плугом со стойкой Си-6ИМЭ на 15...21 мм превышают остальные варианты. Следует отметить, что потери влаги по чистому пару за вегетационный период на физическое испарение и фильтрацию в глубокие слои значительны и достигают 300 мм и более, что сравнимо с расходом влаги на формирование урожайности полевых культур. Расход влаги в посевах ранних яровых культур составляет 319...352 ым, кукурузы - 299___322

им. В зависимости от систем обработки почвы заметных различий в расходе влаги в посевах культур не наблюдается. Тем не менее, бо-ггее экономное использование влаги обеспечивает комбинированная в севообороте система основной обработки почвы.

4.3. Экологическая активность и питательный реяим почвы

Наблюдения за распадом льняной ткани в зависимости от систем основной обработки под посевами кукурузы показали, что влияние их биологическую активность почвы определяется изменением при этом соответствующих режимов и показателей. В условиях резкого «достатка влаги деятельность микроорганизмов в верхнем слое почал (0...10 см) почти прекращается и мало зависит от систем обра-ютки. Ниже этого слоя она была выше по комбинированной в сево->бороте и отвальной системам обработки почвы, которые обеспечивает большую сохранность влаги. В нормальные по условиям влагообес-[еченности годы лимитирующим деятельность микроорганизмов факто-юм становится физическое состояние почвы. Увеличение плотности О плоскорезному фону, в т.ч. и по минимально-поверхностному, до .25 г/см3 и более и уменьшение пор аэрации до 12% и менее приводи к значительному ухудшению условий деятельности микроорганиз-ов и снижению биологической активности почвы. Биогенность верх-его слоя почвы (0...10 см) по этим вариантам в связи с позерх-остньм размещением растительных остатков и органических удоб-

рений выше и составляет 123... 125% по отношению к вспашке.

С деятельностью микроорганизмов тесно связан питательный режим почвы. В наших опытах нитрификационная способность по всем полям севооборота лучше была выражена по отвальной системе основной обработки почвы, что вполне объяснимо лучшими условиями аэрации при прочих равных условиях. При этом наблюдается четко выраженная дифференциация пахотного слоя по содержанию нитратного азота: азотминералиэукхцая способность верхнего слоя почвы заметно выше по плоскорезному фону обработки, тогда как по вспашке происходит равномерное распределение нитратов по глубине.

Необходимо отметить, что содержание нитратного азота высокое по всем вариантам обработки почвы (от S до 11 мг/100 г) и следует, по-видимому, согласиться с авторами [Н.3.Милащенко, 1978; Г.И.Казаков, 1990; Л.И.Салишев, Н.Р.Бахтизин и др., 1993], которые считают, что бесплужные обработки способствуют более рациональному использованию минерального азота. Однако дифференциация его по профилю почвы может создать в определенные периоды вегетации растений напряженность в азотном питании культур.

Содержание подвижного фосфора при определении его по методу Чирикова мало зависит от систем обработки и составляет от 22.6 до 29.8 мг на 100 г почвы по всем вариантам опыта. По нашему мнению, более полное представление о степени доступности фосфора в почвах с близко к нейтральной и нейтральной реакцией среды дает извлечение его 0.006 н HCl по Францессону. Определение фосфора по Фран-цессону в наших опытах показало четко выраженную зависимость степени его доступности растениям от систем обработки почвы. В среднем она в 1.3 раза выше по плоскорезной ив 1.5 раза - по минимально-поверхностной обработке по сравнению со вспашкой. Как показывают наблюдения за реакцией почвенного раствора, по безотвальным способам обработки происходит смещение реакции среды в кислую сторону, что по-видимому, создает условия для мобилизации фосфора в доступной форме. Определение фосфора по Францессону показывает иную картину обеспеченности им растений. При этом степень доступности фосфора растениям по отвальной и комбинированной системам обработки почвы средняя, по плоскорезной - повышенная и высокая - по минимально-поверхностной обработке. Однако по последним вариантам наблюдается дифференциация подвижных Р205 по слоям почвы, особенно резко выраженная по минимально-поверхностной обработке. Последнее может стать одной из причин депрессии урожайности культур по плоскорезному и, особенно, минимально-поверхностному фону.

Калийный режим почвы более стабилен и в меньшей степени зависит от систем обработки. Тем не менее, по отвальной и комбинированной в севообороте системам обработки почвы распределение подвижного калия по пахотному слою более равномерное. Степень обес-

обеспеченности подвижным калием при этом повышенная; по-аидамому, безотвальные обработки в целом не ухудшают калийного режима чернозема выщелоченного и условия его поступления в растения.

4.4.Содержание и качественный состав гумуса

В условиях интенсивного земледелия, когда постоянным его спутником становится дегуыификаи*1я почв, одним из важнейших факторов регулирования гумусового режима и воспроизводства плодородия становится выбор экологически адаптивных, максимально отвечающих требованиям культур систем обработки почвы. Как показывают наши исследования, несмотря на внесение навоза из расчета 10 т/га я использование в качестве органического удобрения соломы зерновых культур при доле в севообороте 16.6% чистого пара и столько ке интенсивной пропашной культуры, ни отвальная, ни плоскорезнап (в т.ч. и минимально-поверхностная) системы обработки почвы не обеспечивают простого воспроизводства содержания гумуса (рис.3).

5,2

ей

и

§

>» и

X

п) «

а

<и «

о и

4,8 1988 т.

1994 г.

Рис.3.Изменение содержания гумуса в пахотном слое чернозема аыщелоченного (0...30 см) в зависимости от систем основной обработки почвы.

--основная обработка отвальная

------------------- " - плоскорезная

----------------------------------- " - комбинированная в севообороте

............................................- " - минимально-поверхностная

При этом различия между этими вариантами небольшие и

¡аходятся в пределах 0.04___0.08%. Почти бездефицитный баланс гу-

ауса за этот период наблюдается только по комбинированной в севообороте обработке почвы.

Наиболее благоприятным для гумификации и закрепления в почве >бразующихся гумусовых веществ считается чередование опти-альных условий увлажнения с недостатком влаги, вследствие чего

интенсивная деятельность микроорганизмов сменяется их депрессией и фиксацией в почве образовавшихся гумусовых веществ [Л.А.Александрова, 1980J. Такие условия в большей степени возможны по комбинированной в севообороте обработке почвы, что обеспечивает преобладание процессов гумификации органического вещаства над егс минерализацией. К тому же при этом в почву поступает большее пс сравнению с другими вариантами количество растительных остатков.

Следует отметить, что по плоскорезной системе обработки наблюдается снижение содержания гумуса в верхнем слое почвы (0—1С см) по сравнению со вспашкой (соответственно 4.95 и 4.75%), несмотря на то, что все растительные остатки практически заделываются в этот спой. По-видимому, повышение общей биогенности этогс слоя сопровождается усиленной их минерализацией, что подтверждается повышенным содержанием в этом слое основных элементов питания (N-NQj, PgOs) г связанных с органическим веществом.

Наряду с количественными большое значение имеют качественные характеристики гумуса почв, основным из которых является групповой и фракционный состав. Наибольшие изменения в составе гумуса по нашим исследованиям происходят за счет его более подвижной части. При этом количество подвижных гумусовых веществ в пахотное слое почвы (0...30 см), переходящих в 0.1 н цепочную вытяжку, заметно больше по отвальной системе обработки и составляет 11.6% от общего содержания гумуса, тогда как по плоскорезной системе -8.2%. В то же время по плоскорезной обработке возрастает сумма фульвокислот, в основном за счет фракции, связанной с кальцием. Следует также отметить, что при относительно близкой сумме всех фракций по плоскорезной обработке наблюдается довольно резкое снижение отношения гуминовых и фульвокислот с глубиной, которое е слое 20...30 см становится равным единице. Все это свидетельствует о сдвиге почвенно-биохимических процессов при ежегодном применении плоскорезной системы основной обработки почвы в сторону фульватизации гумусовых веществ.

4.5.Структура сорного компонента ахрофитоценэзов

Изучение состояния засоренности посевов показало, что замене отвальной систем основной обработки почвы на плоскорезную и поверхностную способствует определенным изменениям в структуре сорного компонента агрофитоценозов в сторону усиленного развития более вредоносных и трудноискоренимых сорняков: увеличивается дол$ многолетников (бодяк полевой, осот желтый, вьюнок палевой); и; малолетников - овсюга, подмаренника цепкого, просовидных, видо£ смолевок (рис.4).

Изменение доминантных видов сорных растений при минимализа-ции обработки почвы связано с биологическими их особенностями! семена названных малолетников имеют длительный период биологиче-

и

к з) А

О

У м

70

в тем

60 числе

50 ■ 10-

40 - 8-

30 ■ 6 -

20 ■ 4 -

10 ■ 2 -

0 ■

.......*..........

ч

отвальная

плоскорезная

комбинированная в севообороте

минимально-поверхностная

Рис.4.Численность сорных растений в посевах культур зерно-паропропашного севооборота в зависимости от систем основной обработки почвы (шт/м2, 1988...1995 гг.)

......X........ просовидаые

вилы смолевок овсюг

- всего сорняков

---- в том числе многолетние

--¿^........ подмаренник цепкий

ского покоя и произрастают в основном после перезимовки. Послеуборочная провокация их прорастания в системе основной обработки в связи с этим сопровождается небольшим эффектом. В приповерхностном слое почвы семена их сохраняют всхожесть до 10 лет и более, что и обусловливает прогрессирующее увеличение засоренности ими при ежегодном применении безотвальных систем обработки почвы.

На фоне разных систем обработки почвы конкурентная способность культур различна. В посевах озимой ржи, которая размещается по чистому пару, многолетние сорняки (до закладки опыта видовой состав сорньйс растений был предсташтен малолетними формами) по плоскорезной и минимально-поверхностной обработке в количестве 1 и 1.3- шт/м2 появились только в конце ротации севооборота; по отвальной и комбинированной обработке за 8 лет не обнаружены. Наименее конкурентоспособными к многолетникам на фоне плоскорезкой и минимально-поверхностной обработок почвы являются яровая пшеница, где численность их уже на второй год ротации составила 1.7 и 2 шт/м2 и горох, в посевах которого многолетники появились на 3-й год и в среднем составили 2.9 и 4.5 шт/м2.

Задачам борьбы с сорньми растениями в наибольшей степени отвечает отвальная система обработки почвы, которая позволяет поддерживать засоренность посевов на белее низком уровне без применения химических средств защиты: в среднем за годы исследований

численность сорняков по этому варианту составила 37 шт/м2, тогда как по 2-му и 4-му - 49 и 53 шт/м2. Важно отметить, что по улучшению фитосанитарного состояния посевов комбинированная в севообороте обработка почвы ненамного уступает отвальной как по численности сорняков, так и сирой массе. Комбинирование в севообороте разных систем обработки почвы позволяет заделывать семена сорняков на разную глубину и лучше регулировать их численность. Кроме того, при этом создаются более оптимальные условия для роста и развития культур и повышается их конкурентоспособность.

4.6.Урожайность культур и качество грсдукции

В связи с изменением большинства почвенных режимов реакция культур на замену традиционной отвальной системы основной обработки на плоскорезные и минимально-поверхностные в условиях лесостепи Поволжья различна (табл.2}.

Таблица 2

Урожайность культур в зернопаропропашном севообороте в зависимосп от систем основной обработки почвы за 1988___1995 гг.

Урожайность, ц/га

Основная обработка озимая рожь кукуруза яровая пшеница горох овес

Отвальная 47.3 475 32.2 27.6 41.4

Плоскореэная 46.2 408 29.9 27.2 40.5

Комбинированная в севообороте 49.9 457 30.7 29.8 41.3

Минимально-поверхностная 46.7 375 29.8 26.7 38.7

НСР05 1.1...2.8 27...66 1.1...2.0 0.5...3.5 1.3...2.5

Сильное влияние системы основной обработки почвы в первые ж годы их применения оказали на формирование урожайности озимой рот и кукурузы. При этом бесспорное преимущество в формировании урожайности озимой ржи имела система обработки, включающая послеуборочное рыхление КПШ-5+ШГ-3 на 8....10 см и основную обработк; плугом со стойкой СибИМЭ с предварительной заделкой органически удобрений (навоз и солома) ВДТ-7. В отдельные годы урожайное® озимой ржи по обработке плугом со стойкой СибИМЭ превышала други< варианты до 5.4...10.4 ц/га. Анализ корреляционных связей урожай' ности культур с различными факторами показал, что наиболее силь ное влияние на урожайность озимой ржи оказывают запасы продуктив

ной влаги в почве перед посевом в слое 0___20 см. Уравнение мно

жественной корреляции при этом, включающее, кроме запасов продук тивной влаги, численность и массу сорняков на 1 м2, имеет вид па

рабопы у=2.43+0.108х1-0.005х2+1.13хз, где хг и х2 численность и сырая масса сорняков, Хз - запасы влаги в слое 0...20 см. Вклад запасов продуктивной влаги на формирование урожайности озимой ржи при этом составляет 90%, тогда как влияние сорных растений при уровне численности до 40 шт/м2 и сырой массы до 100 г/м2 не превышает 10%. Как указывалось выше, большее количество продуктивной влаги по чистому пару ко времени сева озимых накапливается при обработке плугом со стойкой СибйМЭ, что обусловливает, по-видимому, повышение урожайности по этому варианту.

Сопряженный анализ урожайности кукурузы на силос и основных параметров плодородия показал наличие сильных линейных связей между урожайностью зеленой массы и содержанием в почве подвижных форм азота, фосфора, плотностью, общей пористостью и пористостью аэрации. Остальные изученные параметры связаны с урожайностью параболической зависимостью. В частности, связь урожайности с показателями засоренности и запасами продуктивной влаги описывается уравнением параболы общего вида: у=357-0.12ха-0.094х2+ 0.78хз. При этом более благоприятные условия и почвенные режимы для роста и развития кукурузы обеспечивает вспашка, по которой урожайность ее во все года исследований превышала плоскорезную и минимально-поверхностную системы обработки до 50...100 ц/га. В связи с особенностями корневой системы причиной снижения урожайности зеленой массы кукурузы по последним двум вариантам может стать и дифференциация пахотного слоя по эффективному плодородию.

Ни одна из систем обработки почвы за первую ротацию севооборота в формировании урожайности яровых зерновых культур и гороха преимущества не имела. Однако, начиная с 1992 года наблюдается устойчивая тенденция снижения урожайности их по плоскорезному (в т.ч. и минимально-поверхностному) фону. Наиболее резко эта закономерность проявилась в 1994 и 1995 годах, контрастных по гидротермическим условиям. В среднем за 1988...1995 годы более высокая урожайность яровой пшеницы получена по отвальной, гороха - по комбинированной, овса - по отвальной и комбинированной системам обработки; овес значительно снижает урожайность при минималиэации обработки почвы. При этом достоверные линейные связи обнаружены между урожайностью гороха и показателями агрофизического состояния, содержанием подвижных форм фосфора и калия в пахотном слое, запасами продуктивной влаги в метровом слое почвы перед посевом; между урожайностью яровой пшеницы и показателями засоренности посевов . Урожайность овса меньше зависит от засоренности посевов при численности сорняков до 40 — 50 шт/м2 и сырой массе их до 70...180 г/м2, однако наблюдается сильная корреляция ее с подвижными формами азота, фосфора и калия. Вследствие этого дифференциация пахотного слоя по элементам питания может стать одной из существенных причин снижения урожайности овса по минимально-

поверхностной обработке почвы.

Таким образом, в условиях лесостепи Поволжья наиболее эффективной основной обработкой под озимые культуры при размещении по чистому пару является обработка плугом со стойкой СибИМЭ на

25...27 см, под пропашные и горох - вспашка на 28___30 и 25...27

см, под яровые зерновые возможна плоскорезная на 20...22 см. Возможность применения плоскорезной обработки почвы под яровую пшеницу ограничивается фитосанитарным состоянием посевов, овес заметно снижает урожайность при поверхностных обработках. Порог депрессии урожайности яровых зерновых культур при ежегодном применении плоскорезной обработки почвы наступает через 4 года, пропашных - в первый же год. Наиболее высокие урожаи гороха возможны по комбинированной б севообороте системе обработки почвы.

б.Экопогая сорняков и протаоз их дня обеспечения мер борьбы с ними

5.1.Экопо1мя сорных растений в агрофитоценоэах лесостепи Поволжья

Состав сорных растений в условиях лесостепи Поволжья в основном представлен 70...80 видами. Наиболее распространенными представителями эколого-биологических групп являются: яровые ранние - вида горцев, марь белая, овсюг, пикульник обыкновенный, редька дикая, чистец однолетний; яровые поздние - просовидные, паслен черный, щирица запрокинутая; зимующие - гулявник Лезеля, дескурения Софии, пастушья сумка, подмаренник цепкий, ромашка непахучая, рыжик мелкоплодный, ярутка полевая; двулетние - вида смолевок, липучка оттопыренная; многолетние - бодяк полевой, осот желтый, льнянка обыкновенная, молокан татарский, молочай лозный, чистец болотный, одуванчик лекарственный, полынь горькая и обыкновенная .

Формы приспособления сорняков к условиям агрофитоценозов разнообразны. Доминантами становятся те вида, которые имеют функционально-морфологические свойства, позволяющие им успешно конкурировать с другими компонентами агрофитоценозов. Например, рыжик мелкоплодный при прорастании ранней весной опережает в своем развитии яровые культуры, выходит в первый ярус агрофитоценозов и отличается высоким жизненным состоянием. В условиях лесостепи Поволжья такими доминантами из малолетних сорняков являются овсюг обыкновенный, просовидные, виды смолевок, подааренник цепкий, ромашка непахучая; из многолетников - корнеотпрысковые: бодяк палевой, осот желтый, вьюнок полевой. При этом формируется корнеот-прысково-малолетний тип засоренности с присутствием в составе последних как однодольных, так и двудольных сорных растений. В зерновых ахрофитоценозах преобладают яровые ранние сорняки с вы-

сокой долей овсюга, озимых - зимующие, двулетние и многолетние растения, пропашных - яровые поздние и зимующие с присутствием многолетников. В определенных условиях возможно проникновение отдельных видов в несвойственные им агрофитоценозы.

5.2 . Мониторинг видового и количественного состава оорныя растений

Многолетний мониторинг видового и количественного состава сорных растений показал, что фитосанитарная обстановка в хозяйствах Ульяновской области чрезвычайно сложная. Несмотря на то, чтс во всех хозяйствах сорные растения представлены в основном одними и теми же видами и основной тип засоренности корнеотпрысково-ма-лолетний, характер и степень засоренности в них совершенно различны. В зависимости от агротехнических и других условий доминантами в агрофитоценозах становятся разные виды, обусловливая их сложное сочетание. Общей характерной особенностью является присутствие в составе сорного компонента агрофитоценозов наиболее злостных, трудноискоренимьгх сорняков: многолетников (корнеотпры-сковые) и овсюга. Степень засоренности на многих полях сильная и достигает 150...200 шт/м2, в т.ч. многолетниками до 30...50 шт/м2,

овсюгом - 50___80 шт/м2, просавидными сорняками - до 50___180

шт/м2, что превышает экономические пороги вредоносности и приводит к большим потерям урожая.

Исходя из реальных потерь урожая в зависимости от численности тех или иных видов сорных растений на основе экспериментальных данных предлагается шкала степени засоренности многолетними сорняками и овсюгом: до 1 сорняка на 1 м2 - слабая, от 1 до 5 -средняя, более 5 шт/м2 - сильная.

5.3.Сценка методов картографирования засоренности попей

Проведена оценка существующих методов составления карт засоренности полей [Б.А.Олирнов, Г.А.Березников, 1983; А.М.Туликов и др., 1987; В.В.Исаев, 1990] с точки зрения их соответствия основным требованиям картографирования.

5.4 .Картографирование зассренноспм полей мэтодсм концентрических окружностей

Изучение видового и количественного состава сорных растений в хозяйствах Ульяновской области в течение длительного времени, анализ известных работ по картографированию засоренности полей позволили нам разработать и предложить производству карту-прогноз сорных растений, составленную посредством диаграмм - концентрических окружностей (рис.5).

Суть метода состоит в том, что в границах каждого поля карты землепользования хозяйства вычерчивают концентрические окружности

Ячмень-ячмень+горох-озимая рожь-кукуруза

30 -¡¿о

Яровая пшеница-ячмень+горох-озимая пшеница-подсолнечник

30 120

Озимая рожь-яровая пшеница-ячмень+горох-яровая пшеница

VII 276

Рис.5. Карта засоренности полей севооборотов (фрагмент)

Условные обозначения: Многолетние сорняки Б - бодяк полевой В - вьюнок полевой Мт - молокан татарский Мл - молочай лозный Ох - осот желтый Ч - чистец болотный

Малолетние сорняки Г - горцы

Л - липучка ежевидная

М - марь белая

О - овсюг обыкновенный

П - просовидные

Пц - подмаренник цепкий

Р - редька дикая

С - смолевки

Ф - фиалка палевая

Чо - чистец однолетний

Щ - щетинники

Щэ - щирица запрокинутая

Я - ярутка палевая

из одной точки радиусом одна больше другой с расчетом размещения данных учета засоренности за ряд лет. Окружности разделяются на две половины вертикальной полосой в 5 мм. Кляздой половине придается размерность (шт/м2), исходя из фактической численности сорняков. При этом размерность может быть не одинаковой для малолетников и многолетников. Чаще всего в составе сорного ценоза преобладают малолетние виды, поэтому размерность диаграмм должна быть для них больше, чем для многолетников.

При составлении карты в правую половину окружности заносят данные малолетних сорняков, вначале однодольных, затем двудольных; в левую - многолетников по соответствующим биологическим группам. Благодаря размерности площадь сектора каждой группы в

окружности соответствует численности сорняков. Начало отсчета ведется от нижней точки кольца, находящейся на вертикальных линиях, ограничивающих левую и правую части окружности. Ботанические классы и биогруппы сорняков показывают условными обозначениями (штриховкой или цветом).

Картографирование засоренности полей методам концентрических окружностей дает наглядное представление о видовом составе сорного ценоза, о соотношении однодольных и двудольных сорняков, долевом участии малолетних и многолетних видов, их численности по биогруппам. Карта позволяет быстро находить не только нужную информацию, но и сопоставлять ее по годам на каждом поле и с учетом возможных изменений прогнозировать тип засоренности, состав сорного компонента и их численность. По нашему мнению, она отвечает основным требованиям картографирования засоренности: наглядности, измеримости, информативности, прогнозирования.

5.5.Прогноз засоренности посевов

Наиболее простым методом прогноза является экстраполяция данных карты засоренности на следующий год. Наличие на карте, составленной методом концентрических окружностей, информации не только о видовом, но и количественном составе сорных растений за ряд лет с учетом принятых за это время мер борьбы с сорняками (как агротехнических, так и химических) позволяет предвидеть не только тип, но и степень засоренности посевов, а также возможные изменения в составе сорного компонента агрофитоценозов.

Более точный прогноз возможен на основе уравнений зависимости численности ряда сорняков от засоренности предшествующих культур (табл.3).

Таблица 3

Прогностические уравнения зависимости численности основных видов сорняков (У, шт/м2) в посевах культур от засоренности предшественников (X, шт/м2)

Культура Сорное растение Прогностическое уравнение

Пшеница, ячмень, овес, горох, рожь Овсюг у^13.2+2.21х-0.08х2 (1)

Озимые роись и пшеница Вида смолевок Корнеотпрысковые у=4.53-0.01х-0.01х2 (2) у=5.42+0.77х-0.03хг (3)

Яровые зерновые, горох Бодяк палевой Виды смолевок Осот полевой у^3.99-0.92х+0.б2хг (4) у=б.Э1+2Х-0.04х2 (5) у=1.14+0.31х-0.01хг (6)

Кукуруза Просовидаые Корнеотпрысковые у=187.5-24х+0.7х2 (7) у=41.8+1.2бх-0.03х2 (8)

Приведенные уравнения позволяют прогнозировать засоренност зерновых культур овсюгом и видами смолевок (1,2,5), озимых и ку курузы - корнеотпрысковыми (3,8), яровых зерновых и зернобобовы - осотами (4,6), кукурузы - просовидными (8) и с учетом экономи ческих порогов вредоносности планировать противосорняковые меро приятия.

б. Агроэколотмческая и биоэнергетическая сценка севооборота и систем обработки почвы по гродугсгивносяи и влиянию к плодородие чернозема

б. 1. Агроэканом<1ческая оценка

Экономическая эффективность севооборотов, приемов и технологий возделывания предопределяется уровнем их. продуктивности I суммой затрат на производство продукции. По стоимости произведенной продукции зернотравяный и зернопропашной севообороты не 485...1539 тыс.руб./га (по ценам, которые сложились в 1996 году) превышают остальные севообороты. Однако, в связи с более высоки*® затратами на ее производство, по зернопропашному севообороту получен почти в 2 раза меньший доход и соответственно снижается уровень рентабельности. Зернопаровой севооборот по основным экономическим показателям значительно уступает остальным севооборотам. Следовательно, в условиях лесостепи Поволжья оставление е севообороте 25% чистого пара экономически не оправдано.

Результаты исследований показывают, что комбинированная в севообороте система обработки почвы обеспечивает более высокую продуктивность зернопаропропашного севооборота по выходу зерна и кормопротеиновых единиц с 1 га, в связи с чем эффективность ее выше по сравнению с другими вариантами.

6.2.Шоэнергетичаская эффективность

Критерии экономической оценки (цена, прибыль, себестоимость, рентабельность) не отражают процесса функционирования агроэкосис-темы с экологических позиций. Кроме того, за пределами системы оценок остается энергетический ресурс основного компонента агро-экосистемы - почвы. Энергетический анализ позволяет анализировать потоки вещества и энергии в агроэкосистемах и может дать обьек-тивную оценку эффективности затрат на формирование биомассы культурных растений и определить пределы производительности агроэко-системы для данных биоклиматических условий, что исключает бессмысленное увеличение затрат [В.М.Володин, 1988; Г.А.Вулаткин, 1991; В.М.Володин, Р.Ф.Ереыина, 1991].

Биоэнергетическая оценка севооборотов показывает, что возделывание культур в зерновом и зерно пропашном севооборотах сопровождается более высокими затратами совокупной энергии (39.2 и

41.5 тыс.МДж/га) по сравнению с зернопаровым и зернотравяньм севооборотами (31.7 и 33.9 тыс. ВДж/га) . Наибольшие затраты техногенной энергии происходят при возделывании озимой ржи и кукурузы на силос и составляют соответственно 45.5 и 50.5 тыс. ВДк/га. При возделывании озимой ржи по чистому пару 44% затрат приходится на внесение органических удобрений, по занятому пару - возрастает доля затрат на внесение минеральных удобрений и составляет 25%. Такие же затраты техногенной энергии на внесение минеральных удобрений наблюдаются при возделывании яровых зерновых культур и кукурузы. Энергетическая эффективность зернопарового, зернового и зернопропашного севооборотов без учета энергии гумуса на формирование урожаев культур практически одинакова, а зернотравяного выше на 45%.

Результаты оценки биоэнергетической эффективности зернопаро-пролашного севооборота в зависимости от систем основной обработки почвы показывают, что заметных различий в затратах техногенной энергии на возделывание культур по вариантам опыта не наблюдается (табл.4}. Тем не менее, по минимально-поверхностной обработке они на 6.5% низвэ, чем по вспашке.

Без учета некомпенсированной энергии гумуса на формирование урожаев культур биоэнергетические коэффициенты по вариантам опыта также почти не различаются. Однако при учете затрат энергии гумуса соотношение коэффициентов энергетической эффективности севооборота в зависимости от систем основной обработки почвы резко меняется. Наиболее энергосберегающей является комбинированная в севообороте система обработки почвы, эффективность которой более, чем в 1,5 раза, превышает остальные варианты. Отвальная система обработки почвы хотя и создает условия для получения более высоких урожаев ряда культур, но сопровождается большей минерализацией гумуса, в связи с чем эффективность ее значительно уступает комбинированной в севообороте обработке.

Следовательно, при анализе потоков антропогенной энергии при производстве продукции в агроэкосистемах необходимо учитывать не только прямые и косвенные затраты техногенных ресурсов, но и расход энергии гумуса на формирование биомассы культур с одной стороны, с другой - расход энергии на воспроизводство плодородия почвы и, прежде всего, ее органического фонда. Объем использованной энергии гумуса не должен превышать уровня, при котором агро-экосистема теряет устойчивость и снижает продуктивность.

В связи с этим мы рассчитали энергетические затраты на восстановление почвенного плодородия за счет внесения навоза. По отвальной системе обработки почвы они составили 27.9 тыс. МДж/га, по плоскорезной - 22.6, по минимально-поверхностной - 18.2 тыс. МД/к/га, что сравнимо с совокупными затратами техногенной энергии на возделывание культур. Комбинирование в севообороте систем об-

Таблица

Биоэнергетическая эффективность зернопаропропашного севообороте зависимости от систем основной обработки почвы <1988...1995 гг.

Система основной обработки

Показатели отвальная плос-кореэ-ная комбинированная в севообороте минимально' поверхностна;

Урожайность основной продукции, ц/га абс.-сухого вещества 37.2 34.2 36.9 32.8

Накоплено фитомассы, ц/га абс. сухого вещества 96.6 91.5 97.3 89.0

Затраты техногенной энергии, тыс.ВДж/га 32.2 31.2 32.1 ЗОЛ

Общие затраты энергии с учетом расхода гумуса на формирование биомассы, тыс. МДк/га 62.7 56.3 34.8 50.1

Накоплено энергии, тыс.МЦж/га в основной продукции 80.9 75.0 80.7 72.1

в фитомассе 164.3 155.2 165.4 150.9

Биоэнергетический коэффициент без учета расхода энергии гумуса основной продукции 2.51 2.40 2.51 2.40

фитомассы 5.1 5.0 5.2 5.0

с учетом расхода энергии гумуса основной продукции 1.3 1.3 2.3 1.4

фитомассы 2.6 2.8 4.8 3.0

Затраты энергии на восстановление почвенного плодородия за счет внесения навоза, тыс.МДж/га 27.9 22.6 2.4 18.2

работки почвы позволяет снизить эти затраты до 2___3 тыс.МДж/га.

Таким образом, наиболее полная оценка продуктивности arpo экосистем возможна только на основе учета расхода гумуса на фор мирование урожая, а использование в дополнение к экономически энергетических критериев позволяет дать более строгую оценку тех нологиям возделывания культур.

7.Гумусовое состояние черноземов в отдельных хозяйства: лесостепи Поволжья и пути его отинизации

Первые исследования по изучению почв на территории современ ной Ульяновской области относятся ко времени экспедиции В.В.Доку чаева в 1877___1879 года [В.В.Докучаев, 1883}. При этом они описываются как черноземы тучные с содержанием гумуса 13...16% ил

запасами его 390___480 т/га в пахотном слое. По сводке Г.Я.Чесня'

ка и др. (1983) за 100 лет после экспедиции В.В.Докучаева noTepi гумуса в черноземах выщелоченных составили 56...69% к исходном;

содержав иго или ежегодно на 2.7 т/га. За последние 30___40 лет в

области исчезли тучные черноземы и возросла доля малогумусных почв и среднее содержание гумуса в почвах не превышает 4.5%. В связи с этим нами было детально проанализировано гумусовое, состояние почв лесостепи Поволжья на примере отдельных хозяйств (на площади более 100 тыс.га).

Результаты этой работы показали, что деградационные процессы чернозема продолжаются и нарастают, что сопровождается резким снижением устойчивости агрозкосистем: разница между максимальным и минимальным уржаем зерновых культур превысила 16 ц/га, а в валовом сборе зерна - 2 млн.тонн [В.И.Морозов, 1996] . Основными причинами продолжающейся дегумификации почв, наряду с эрозионными процессами являются: нерациональное использование органических удобрений, в т.ч. сжигание соломы и стерни, а в последние годы в связи со сложившейся экономической ситуацией внесение их почти превратилось; несовершенство севооборотов, в которых незначительна доля многолетних трав в структуре посевных площадей и значительна - чистых лароЕ и пропашных культур, под которыми наблюдается интенсивная минерализация гумуса; отсутствие сидератов и пожнивных культур. Анализ структуры источников свежего органического вещества с использованием нормативных показателей, полученных нами экспериментальным путем, показывает, что за счет псжнивно-корневых остатков может быть компенсировано только 20...30% расхода гумуса на формирование урожаев с.-х. культур,

соломы 6___13%, навоза 6___27%. Таким образом, некомпенсированные

потери гумуса по отдельным хозяйствам составляют 35...60%.

В связи с этим концепция совершенствования систем земледелия в хозяйствах Ульяновской области предусматривает максимальное использование биогенных ресурсов агрозкосистем за счет расширения площади многолетних трав, сидеральных и промежуточных культур, использования измельченной соломы [В.А.Сараев и др., 1996].

Предлагаемая схема воспроизводства плодородия почв позволит решить проблему регулирования гумусового состояния значительно меньшими затратами за счет создаваемого в агроценозах органического вещества.

8. Агроэколотмческая концепция воспроизводства плодородия чернозема лесостепи Поволжья

Анализ отечественной и зарубежной литературы, проведение исследования свидетельствуют о нарастании уровня деградации почвенного погфова, что сопровождается не только потерей плодородия - "способности воспроизводить жизнь" [Г.В.Добровольский, 1987], но и экологической буферности к стабилизации физических, биохимических и геохимических режимов функционирования. Одной из основных причин снижения плодородия почвы, в т.ч. содержания и запасов

гумуса, является нарушение энергетического баланса вследствие отчуждения элементов питания с урожаем культур и сдвига биохимических процессов синтеза и разложения органических веществ в сторону большей их минерализации из-за несовершенства и несоответствия природным условиям систем севооборотов, обработки почвы и удобрений.

Агроэксхлогическая концепция воспроизводства плодородия почвы предполагает, прежде всего, максимальное накопление биогенных ресурсов плодородия в агроэкосистемах, что в значительной мере определяется севооборотом. Как показывают наши исследования, наиболее эффективными в этом отношении являются зернотравяные севообороты, биопродуктивность которых от 9 (зернопропашные) до 38% (зернопаровые) выше остальных севооборотов. При этом в структуре биогенных ресурсов доля люцерны (выводное поле) составляет 33%, тогда как доля зерновых культур не превышает 22% (озимая рожь). В связи с этим, масса растительных остатков, поступающих в почву после люцерны, превышает зерновые культуры даже с учетом использования соломы последних и составляет 32%. Кроме того, в зерно-травяном севообороте растительные остатки имеют наиболее оптимальное отношение и СгР^Ог.

Необходимость максимального накопления биогенных ресурсов для воспроизводства плодородия почвы предполагает подбор культур, обладающих высоким адаптивным потенциалом. В условиях лесостепи Поволжья наиболее продуктивными и экологически устойчивыми являются озимые, биопродуктивность которых в среднем на 30 ц/га превышает яровые зерновые культуры, а масса растительных остатков, поступающих в почву после них, с учетом использования соломы уступает только люцерне.

В регулировании плодородия почвы в лесостепи Поволжья с экологической точки зрения особого внимания заслуживают чистые пары. При всех достоинствах по улучшению фитосанитарного состояния, мобилизации элементов питания в доступной форме и накоплению продуктивной влаги, они имеют ряд серьезных недостатков. Среди них -сокращение поступления в почву растительных остатков и усиленная их минерализация (до 2 т/га и более), в связи с этим значительные потери минерального азота (по нашим данным количество нитратов на глубине 50...100 см составляло до 200 мг на 100 г почвы и более); большие непроизводительные потери влаги (до 300 мм). Сказанное предполагает, что при условии достаточной влагообеспеченности вполне возможно увеличение площади занятых паров. В условиях лесостепи Поволжья в качестве парозанимающей культуры наиболее эффективен горох, который позволяет повысить как зерновую, так и белковую продуктивность севооборота. В учхозе Ульяновской ГСХА при возделывании гороха и фактической урожайности зерна 30 ц/га в биологический круговорот вовлекается на каждом гектаре 80—100

кг азота, что эквивалентно более 3.5...4.О ц аммиачной селитры [В.И.Морозов, 1989].

Большим резервом накопления биогенных ресурсов является удлинение периода связыважя энергии агроэкосистемзми за счет введения промежуточных и сидеральных культур. Возделывание их в Ульяновской области на площади 150 тыс. га с одновременным использованием соломы в объеме до 1.5 млн.тонн ежегодно, имеющихся ресурсов навоза (8...9 млн.тонн) и увеличением доли многолетних бобовых трав в структуре посевных площадей до 250 же.га позволит обеспечить простое воспроизводство плодородия чернозема.

Следует также отметить, что концепция воспроизводства плодородия почвы предполагает оценку вещественно-энергетических потоков в агроэкосистемах с тем, чтобы выявить оптимальные границы их продуктивности в данных биоклиматических условиях с целью придания им устойчивости. При этом крайне важно учитывать не только затраты техногенной энергии на производство продукции, но и энергию органического вещества почвы, расходуемой на формирование биомассы культур. По расчетам Г.А.Булаткина (1991) суммарная потребность в невозобковляемой энергии на простое воспроизводство плодородия почв составляет около 1% национального энергопотребления. В этом отношении многолетние травы позволяют в значительной степени экономить ресурсы невозобновляемой энергии на восстановление почвенного плодородия.

Если севооборот определяет объемы и качество биогенных ресурсов, поступающих в почву, обработка в значительной степени -их трансформацию через изменение соотношения процессов минерализации и гумификации растительных остатков и темпов минерализации гумуса.

Исходя из результатов наших исследований, на черноземах лесостепи Поволжья с агроэкологической точки зрения более эффективно комбинирование в севообороте разных систем обработки почвы, что позволяет более полно учитывать требования культур и регулировать в соответствии с ними большинство почвенных режимов и фитосанитарное состояние полей, процессы синтеза и минерализации органического вещества в благоприятном направлении. Следует особо отметить, что комбинированная в севообороте обработка почвы создает более благоприятный условия для процессов гумификации и закрепления вновь образованных гумусовых веществ в почве, вследствие чего увеличивается отношение гуминовых и фульвокислот, оставаясь в достаточно оптимальном интервале (1.8:1.9). Последнее способствует увеличению водопрочности агрегатов и общей эрозионной устойчивости почв, накоплению продуктивной влаги и рациональному использованию ее стартовых запасов в течение вегетационного периода.

Фактором, в значительной степени ограничивающим продуктивность агроэкосистем, являются сорные растения, вредители и болез-

ни- В связи с уменьшением поступления при этом биогенных ресурсов в почву и действием ряда негативных факторов {потребление большого количества влаги и элементов питания, ослабление процессов фотосинтеза и т.д.) снижается и плодородие почвы. Приоритет в борьбе с ними как в связи с высокой энергоемкостью и дороговизной пестицидов, так и непредвиденными экологическими последствиями их применения, должен быть за агротехническими методами. Наряду с другими агротехническими средствами {севооборот, регулирование сроков сева, густоты стеблестоя, вьйор устойчивых сортов и т.д.) наиболее успешное подавление сорных растений возможно в системе обработки почвы. При этом по улучшению фитосанитарного состояния посевов комбинированная в севообороте обработка почвы ненамного уступает отвальной (которая отличается наибольшей сороочящающей способностью) и позволяет подчеркивать уровень засоренности посевов в зернопаролропашном севообороте в пределах 50___70 шт/м? без

применения химических средств защоты.

Таким образом, агроэкологическая концепция воспроизводства плодородия чернозема лесостепи Поволжья предполагает максимальное накопление биогенных ресурсов в ахроэкосистемах и создание условий трансформации их в таком направлении, которые бы обеспечили оптимальную их продуктивность и устойчивость. Решение проблемы возможно за счет оптимизации структуры использования пашни и севооборотов, систем обработки почвы, удобрений и фитосанитарного состояния посевов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДИ

1. В агроэкологических условиях лесостепи Поволжья на черноземе выщелоченном при совместном применении навоза, соломы, минеральных удобрений в севооборотных ротациях обеспечивается формирование урожайности озимых зерновых культур на уровне 45 — 50 ц/га, яровых зерновых и зернобобовых - 35...45 ц/га, зеленой массы вико-овсяной смеси, люцерны, кукурузы 250___450 ц/га.

2. В структуре биогенных ресурсов плодородия почвы в агро-экосистемах от 57 до 68% составляет солома зерновых культур, 32...43% пожнивно-корневые остатки. По накоплению их культуры располагаются в следующий ряд: люцерна > озимая рожь > овес > яровая пшеница > кукуруза > горох > вика+овес.

3. В ахроэкосистемах зерновых и пропашных культур резко нарушен компенсационный режим основных биогенных элементов: с растительными остатками (пожнивно-корневые остатки, солома) в почву возвращается 29...45% от выноса фитомассой азота, 32...55% фосфора и 34...88% калия. При урожайности люцерны 370...380 ц/га зеленой массы с пожнивно-корневыми остатками в почву возвращается около 220 кг/га азота и запасы его в почве ежегодно пополняются на 130 кг/га. С растительными остатками гороха в почву поступает

15...11% накопленного фитомассой азота.

4. Установлены коэффициенты гумификации псжнивно-корневых остатков, соломы и навоза в экологических условиях лесостепи Поволжья (соответственно 0.2, 0.25 и 0.3), которые позволяют оценить основные потоки органического вещества в агроэкосистемах.

5. В зависимости от накопления массы биогенных ресурсов в виде пожнивно-корневых остатков и соломы и их биохимического состава происходит дифференциация севооборотов по влиянию на режим органического вещества в черноземе выщелоченном. При условии внесения навоза 8___10 т/га и соломы 4...5 т/га на фоне минеральных

удобрений с расчетом получения планируемого урожая в зернопаровом севообороте наблюдается отрицательный, в зернопропашном - почти бездефицитный и положительный баланс гумуса в зерновом севообороте с горохом. В эернотравяном севообороте с горохом и выводным полем люцерны без внесения навоза потери гумуса полностью компенсируются за счет соломы зерновых культур.

6. Оптимальные агрофизические параметры плодородия почвы для большинства культур обеспечивает комбинированная в севообороте система обработки. При этом плотность пахотного слоя составляет 1.16—1.18 г/см3, общая пористость 54...56%, отношение капиллярной и некапиллярной пористости 2.0___2.3, содержание водопрочных

агрегатов более 70%. Плоскорезное рыхление и минимально-поверхностные обработки почвы приводят к уменьшению общей пористости (до 51...53%) при одновременном увеличении доли капиллярных пор и уменьшении пор аэрации.

Благоприятное агрофизическое состояние почвы на фоне комбинированной в севообороте обработки позволяет накапливать до посева культур больше продуктивной влаги по сравнению с другими вариантами . В связи с более плотным строением почвы потери влаги в начале вегетации по ллоскорезной и минимально-поверхностной обработке превышают остальные варианты и составляют в метровом слое е

среднем по севообороту 26___28 мм, в отдельные годы до 35...45 мы

и более.

7. Биогенность верхнего слоя почвы (0...10 см) по безотвальном способам обработки в связи с поверхностным размещением растительных остатков и органических удобрений составляет 123...125% по отношению к вспашке, что обусловливает дифференциацию пахотного слоя по содержанию нитратов и подвижных форм фосфора с локализацией большей их части в поверхностном слое. Калийный режиы более стабилен и а меньшей степени зависит от систем обработки почвы.

8. При комбинировании систем основной обработки в соответствии с требованиями культур в среднем по севообороту в почву поступает большее количество растительных остатков и создаются более благоприятные условия для их гумификации. При ежегодном приме-

нении плоскорезной системы обработки почвы наблюдается сдвиг поч-венно-биохимических процессов в сторону фульватизации гумусовьо веществ.

9. В зависимости от систем основной обработки почвы происходит значительная перестройка сорного ценоза как по видовому, тар и численному составу. Ежегодное применение плоскорезной обработка почвы, особенно ее минимализация за счет уменьшения глубины, приводит к нарастанию засоренности посевов, презвде всего корнеотпры-сковыми сорняками, овсюгом, просовидными, подмаренником цепким v видами смолевок. Задачам борьбы с сорными растениями в наибольшей степени соответствуют отвальная и комбинированная в севообороте системы обработки почвы.

10. Установлены регрессионные модели продуктивности культур в зависимости от биотических и абиотических факторов. Более значимыми факторами в формировании урожайности озимой ржи являются запасы продуктивной влаги перед посевом; кукурузы на силос - агрофизическое состояние пахотного слоя, запасы продуктивной влага перед посевом и наличие элементов питания в доступной форме; гороха - запасы продуктивной влаги перед посевом, агрофизические параметры и содержание доступного фосфора в почве; яровой пшенииь - фитосанитарное состояние посевов; овса - наличие подвижных форь элементов питания по всей глубине пахотного слоя.

11. В экологических условиях лесостепи Поволжья видовой состав сорных растений в посевах сельскохозяйственных культур представлен 70...80 видами. Доминантами в агрофитоценозах являются: из малолетников - овсюг обыкновенный, просовидные сорняки, видь смолевок, подоаренник цепкий, гулявник Лезеля, ромашка непахучая; из многолетников - бодяк полевой, осот желтый, вьюнок полевой.

Численность сорняков на отдельных полях достигает 150...20О

шт/м2, в том числе многолетников - до 30___50 шт/м2, овсюга -

50 — 80 штfii, просовидных сорняков - до 50___180 шт/м?, что превышает экономические порош вредоносности и приводит к значительному снижению продуктивности агроэкосистем. Тип засоренности кор-неотпрысково-малолетний.

12. разработана и предложена производству карта-прогноз засоренности полей методом концентрических окружностей, которая отвечает требованиям наглядности, измеримости, информативности и прогноза. Установлена нелинейная зависимость численности ряда сорняков в посевах от засоренности предшествующих культур, что позволяет прогнозировать видовой и количественный состав сорного компонента агрофитоценозов в последующие годы.

13. Наиболее экономически и энергетически эффективными с учетом затрат энергии гумуса на формирование биомассы культур являются севообороты с люцерной и зернобобовыми культурами; наиболее энергосберегающей - комбинированная б севообороте сисг<=

основной обработки почвы, биоэнергетическая эффективность которой более, чем в 1.5 раза превышает остальные варианты.

14. Затраты энергии на восстановление почвенного плодородия за счет внесения органических удобрений по отвальной системе обработки почвы составляют 27.9 тыс.МДж/га, по плоскорезной - 22.1, по минимально-поверхностной - 18.2 тыс.ВДк/га, что сравнимо с совокупными затратами техногенной энергии на возделывание культур. Наиболее полная оценка продуктивности агроэкосистем возможна только на основе учета затрат энергии гумуса на формирование биомассы культур.

15. Основными причинами продолжающейся дегумификации почв лесостепи Поволжья наряду с эрозионными процессами являются: нерациональное использование органических удобрений, несовершенство севооборотов, в т.ч. незначительная доля многолетних трав в структуре посевных площадей и значительная - чистых паров и пропашных культур, несоответствие систем обработки почвы агроэколо-гическим требованиям культур и почвенно-климатическим (в т.ч. ландшафтным) условиям.

16. Агроэкологическая концепция .воспроизводства плодородия чернозема лесостепи Поволжья предполагает максимальное накопление биогенных ресурсов в агроэкосистемах и создание условий трансформации их в почвах в направлении, обеспечивающим оптимальную их продуктивность при сохранении баланса вещественно-энергетических потоков. Решение проблемы возможно за счет оптимизации структуры использования пашни и севооборотов, систем обработки почвы, удобрений и фитосанитарного состояния посевов.

ПРЕДЯС5КЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

Для воспроизводства биогенных ресурсов плодородия чернозема лесостепи Поволжья необходимо:

- внести коррективы в структуру посевных площадей и севооборотов с увеличением доли многолетних бобовых трав (до 250 тыс.га по Ульяновской области), промежуточных культур и сидератов (150 шс.га), занятых паров. Наиболее продуктивными, экономически и энергетически эффективными являются плодосменные (с выводным полем люцерны, горохом и озимыми культурами) и зернопропашные севообороты;

- использовать для восполнения запасов гумуса в почве максимальное количество соломы и других органических отходов сельскохозяйственного производства;

- практически освоить комбинированную в севообороте систему обработки почвы. При этом под озимую режь при размещении по чистому пару целесообразно проводить основную обработку плугом со стойкой СибйМЭ на 25___27 см, после парозанимающих культур - поверхностную на 10___12 см, под горох и пропашные - вспашку соот-

ветственно на 25___27 и 28...30 см, под яровые зерновые - плоско

резную на 20___22 см. Возможность применения плоскорезной обра

ботки почвы под яровую пшеницу может ограничиваться состояние засоренности полей.

В целях оптимизации фитосанитарного состояния посевов борьб с сорняками проводить на основе карт засоренности, составленны методам концентрических окружностей, прогнозирования видового количественного состава сорных растений с приоритетным исполь зованием агротехнических средств. Химические средства защиты при менять с учетом экономических порогов вредоносности сорняков.

СПЮЖ ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ 00 ТЕМЕ ДЯХ&Ш&ЩК

1. Влияние окультуривания на свойства почв Волжско-Камско лесостепи.- Казань, 1981.- 184 с. (в соавт.).

2.Динамика содержания гумуса в серых лесных почвах и норма тивные затраты на его воспроизводство //Научное обеспечение важный фактор перестройки агропромышленного комплекса.- Улья новск, 1988.- С. 24-25.

3.Плодородие черноз««» и продуктивность интенсивных севообо ро'гов в лесостеп" Поволжья //Научные основы и практические прием повышен*«« плодородия почв Урала и Поволжья.- Уфа, 1988.- С. 72-7, (в соавт.).

4.Продуктивность интенсивных севооборотов и плодородие выщелоченного чернозема //Плодородие почвы в интенсивном земледелии.-Волгоград, 1988.- С. 95-96 ( в соавт.).

5.Продуктивность интенсивных севооборотов и динамика содержания гумуса и общего азота в выщелоченном черноземе в лесостеш Поволжья //Агрохимия.- 1989.- № 4.- С. 56-62 {в соавт.).

6.Влияние способов обработки выщелоченного чернозема на урожай сельскохозяйственных культур и продуктивность зернопаропро-лашного севооборота.- Тез. докл. конф. проф.-препод, состав; УСХИ, 1989.- С. 17-13.

7.Влияние способов обработки почвы на урожай сельскохозяйственных культур в севообороте //Аграрная наука в условиях многообразия форм общественной, собственности и регионального хозрасчета.- Ульяновск, 1990.- С. 23-24.

8.Динамика содержания гумуса в серых лесных почвах и нормативные затраты на его воспроизводство //Эффективность применена удобрений в почвах Среднего Поволжья,- Ульяновск, 1990.-С. 28-35.

9.Влияние способов обработки выщелоченного чернозема на урожай культур в севообороте //Почвы Среднего Поволжья и Урала, теория и практика их использования и охраны,- Казань, 1991.- С. 152154 (в соавт.).

10.Накопление пожнивно-корневых остатков полевыми культурам!' и их влияние на плодородие почвы //Почвы Среднего Поволжья и Ура-

и, теория и практика их использования и охраны,- Казань, 1991.154-156 ( в соавт.).

11.Нормативы и параметры гумусового баланса для выщелоченно-X) чернозема в лесостепи Поволжья: Тезисы докл. на 2-м симпозиуме ю биоконверсии.- Оренбург, 1991.- С. 14-15 (в соавт.).

12.Борьба с засоренностью полей в земледелии лесостепи По-юлжья.- Ульяновск, 1991.- 177 с. (в соавт.).

13.Влияние способов основной обработки почвы на строение пахотного слоя выщелоченного чернозема и урожай зеленой массы куку-)узы: Тез. докл. научн. конф. проф.-препод, состава Казанской "СХА.- Казань, 1992.- С. 25-26 (в соавт.).

14.Влияние севооборотов на баланс гумуса в выщелоченном чер-юземе лесостепи Поволжья //Экологические проблемы с.-х. проиэ-юдства.- Ульяновск, 1992.- С. 25-26 (в соавт.).

15.Влияние севооборотов на режим органического вещества и ■"умусовое состояние выщелоченного чернозема в лесостепи Поволжья '/Биоконверсия органических отходов в народном хозяйстве и охрана жружаюцей среды.- Ивано-Зранковск, 1992,- С. 217-218 (в соавт.) .

16.Продуктивность севооборотов с горохом и чис-шм паром и шияние их на плодородие выщелоченного чернозема в лесостепи Поволжья: Ежегодник СОИСАФ,- Вып. 1,-4. 3,- Калуга, 1992,- С. 3-12 [в соавт-).

17.Влияние способов основной обработки почвы на фитосанитар-¡ое состояние посевов и урожай культур //Экологические проблемы

производства.- Ульяновск, 1992,- С. 20-21.

18.Влияние способов основной обработки на агрофизические ;войства выщелоченного чернозема и урожай зеленой массы кукурузы '/Экологические проблемы сельскохозяйственного производства--Ульяновск, 1992.- С. 21-22 (в соавт.).

19.Продуктивность интенсивных севооборотов и их влияние на 5аланс гумуса в выщелоченном черноземе лесостепи Поволжья //Агрохимия.- 1994.- № 10.- С. 3-10 (в соавт.).

20. Картографирование и прогноз засоренности полей в севооборотах //Защита растений.- 1994.- № б.- С. 17-18 (в соавт.).

21.Строение пахотного слоя выщелоченного чернозема в зависимости от способов обработки почвы и его влияние на урожай культур » звене севооборота: кукуруза - яровая пшеница //Оптимизация причинения удобрений и обработка почвы в условиях лесостепи Поволжья.- Ульяновск, 1995.- С. 3-9 (в соавт.).

22.Гумусовое состояние черноземов Ульяновской области и пути гго оптимизащт //Эксшого-агрохимические, технологические аспекты эазвития земледелия Среднего Поволжья и Урала.- Казань, 1995,- С. 17-19.

23.Зависимость пищевого режима выщелоченного чернозема от способов основной обработки почвы //Эколого-агрохимические, тех-■1алогические аспекты развития земледелия Среднего Поволжья и Ура-па.- Казань, 1995.- С. 151-153 (в соавт.).

24.Экологические аспекты основной обработки почвы в условия: лесостепи Поволжья //Дифференциация систем земледелия и плодоро-дае чернозема лесостепи Поволжья.- Ульяновск, 1996.- С. 60-67.

25.Севообороты и режим органического вещества выщелоченное чернозема в лесостепи Поволжья //Химия в сельском хозяйстве.-1996.- № 7 (в соавт.).

26.Продуктивность агроценозов и накопление биогенных ресурсов плодородия чернозема лесостепи Поволжья //Дифференциация систем земледелия и плодородие чернозема лесостепи Поволжья.- Ульяновск, 1996,- С. 39-47 (в соавт.).

27.Урожай культур и белковая продуктивность зерновых севооборотов в Среднем Поволжье //Теория и практика современного севооборота.- М. :Изд-во МСХД., 1996,- С. 145-153 (в соавт.).

28 .Воспроизводство биогенных ресурсов и гумусовое состояни; чернозема в земледелии лесостепи Поволжья: Научный отчет з. 1988...1995 гг.- № 267-56-1а.- 55 с.

29.Продуктивность и энергетическая эффективность зерновы севооборотов в Среднем Поволжье //Системы земледелия Нечерноземной зоны Российской Федерации и пути их совершенствования.- Н Новгород, 1997.- С. 47-49 (в соавт.).

30.Основная обработка почвы в лесостепи Поволжья //Систем земледелия Нечерноземной зоны Российской Федерации и пути их совершенствования.- Н.Новгород, 1997.- С. 47-49 {в соавт.).

31.Экологизация обработки почвы в лесостепи Поволжья/, Проблемы экологии Ульяновской области.- Ульяновск,1997.-С. 88-89.