Дальнейший рост урожайности и увеличение валовых сборов сельскохозяйственной продукции в среднесрочной перспективе неразрывно связаны с упорядочением использования земель сельскохозяйственного назначения, повышением почвенного плодородия, рациональным применением удобрений и других средств интенсификации производства. Однако сложившееся ресурсное обеспечение отрасли, высокие цены на минеральные удобрения и большие затраты по внесению органических удобрений привели к резкому сокращению работ по сохранению и воспроизводству почвенного плодородия. Внесение минеральных удобрений снизилось по Самарской области за последние годы до 20,4 тыс. т, органических – до 522 тыс. т [2]. Прекратились исследования по разработке и освоению научно обоснованных систем земледелия.
В сложившихся условиях при продолжительном сельскохозяйственном использовании пахотных земель происходит снижение почвенного плодородия, уменьшаются запасы гумуса, подвижных форм азота, фосфора и калия, ухудшаются агрофизические свойства почвы.
По данным Федерального государственного учреждения «Станция агрохимической службы «Самарская», за последние 25 лет площади слабо гумусированных пахотных земель возросли с 545,6 тыс. га (19,3 %) до 1132,5 тыс. га (40 %), появились очень слабогумусированные почвы – 98,7–123,6 тыс. га (3,5–4,4 %). В 3 раза уменьшились площади среднегумусных почв (с 902,8 до 302,4 тыс. га). Средневзвешенное содержание гумуса на обследованных площадях снизилось с 5,4 до 4,2 %) (на 2,9 %) [3].
Обобщение результатов почвенных обследований свидетельствует о взаимосвязи гумусированности почв с урожайностью сельскохозяйственных культур [1]. По данным передовых хозяйств Самарской области, прирост урожайности при разнице в содержании гумуса абсолютных показателей в 1,1–1,2 % составляет 16,2–23,0 %. Резкое снижение продуктивности пахотных земель связано в значительной степени с высокой распаханностью земель (до 80–90 %), нарушением чередования культур, с ежегодным безвозвратным отчуждением питательных веществ с урожаями культур в севооборотах.
Изучение баланса азота в Самарской области показало, что во все годы исследований он был отрицательным и составил 12–16 кг/га в год.
Содержание подвижных фосфатов в пахотном слое почвы за период наблюдений было неустойчивым. Площади с низким и очень низким содержанием этого элемента питания за период 1969-1985 гг. составили 33,1–34,2 %. Повышение культуры земледелия, увеличение производства и применения удобрений позволили в последующие годы (1985–1991 гг.) уменьшить удельный вес малопродуктивных по этому показателю земель до 15,7–17,0 %. Довольно стабильными оставались площади пашни со средним и повышенным содержанием подвижного фосфора (от 51,9 % в 1964–1968 гг. до 58,2 % в 1986–1991 гг.). Почвы с высоким и очень высоким содержанием подвижных фосфатов изменялись незначительно. По данным VI тура обследований они составили 15,0 % [4].
Почвы Самарской области характеризуются как хорошо обеспеченные калием. Средневзвешенное содержание обменного калия в почвах по результатам шестого тура обследований установлено на уровне 136 мг/кг (V группа обеспеченности по Чирикову) и 450 мг/кг – в карбонатных почвах (по Мичигину) [4]. Площади почв с высокой обеспеченностью калием составляют 61,0 % от обследованной пашни, со средней-повышенной – 37,6 %. В целом по области с 1976 года произошла стабилизация содержания обменного калия на уровне 136,0–140,4 мг/кг почвы. Состояние плодородия почв и сложившиеся уровни интенсивности использования пашни привели в Самарской области к снижению урожайности и валовых сборов зерновых и других сельскохозяйственных культур.
Для обеспечения населения региона продовольственным зерном по медицинским обоснованным нормам необходимо производство зерна на уровне 3,0–3, 2 млн т в год, а в последние годы оно составляет от 1,0 до 1,5 млн т. В обозримом будущем решение задачи значительного повышения продуктивности пашни реально только за счет расширенного воспроизводства почвенного плодородия и интенсивного уровня ведения сельскохозяйственного производства. В связи с этим предлагается эколого-экономическая концепция воспроизводства плодородия почв, подготовленная по результатам многолетних исследований в степной зоне Среднего Заволжья.
Основным направлением приложения материальных и финансовых ресурсов, усилий товаропроизводителей является накопление биоресурсов плодородия в агроэкосистемах, что в свою очередь определяется составом культур в используемых севооборотах и внедрением эффективных систем применения органических и минеральных удобрении, биологизацией земледелия [5].
Для проектировки параметров почвенного плодородия и систем агрономического воздействия на почву наиболее целесообразно использовать экспертно-описательные модели почвенного плодородия, коррелятивные взаимосвязи продуктивности с агрохимическими, физико-химическими, водно-физическими и другими свойствами почв, дозами удобрений и погодными условиями.
При разработке модели плодородия обыкновенных черноземов использовали данные, полученные в севооборотах с различными сельскохозяйственными культурами, различной обеспеченностью питательными веществами, отличающихся по погодным условиям годы. Во внимание были приняты наиболее значимые свойства почвенных режимов, обеспечивающих определенные уровни продуктивности. Это вызывает необходимость включения в параметры эталонного плодородия, кроме использования удобрений, и показатели влагообеспеченности, способы обработки почвы и др.
Входящие в модель показатели мощности почвенных горизонтов, гранулометрический состав, водно-физические свойства почвы имеют устойчивый характер. Они получены при почвенном обследовании и отражают условия почвообразовательного процесса в Степном Заволжье.
Из комплекса агрохимических свойств почвы, с которым тесно связана урожайность культур, наибольший интерес представляют показатели, контролируемые агрохимической службой: рН, содержания гумуса, Р2О5, К2О. Для каждого из показателей разработаны оптимальные агрохимические показатели, позволяющие при благоприятных погодных условиях обеспечивать урожайность зерновых на уровне 25–40 ц/га, зеленой массы кукурузы – 150–250 ц/га, эспарцета и многолетних трав – 120 ц/га.
Из систем аграрного воздействия наибольшее влияние на плодородие почвы оказывают удобрения и структура посевов, вид севооборота.
Системы удобрения сельскохозяйственных культур, обеспечивая регулирование баланса веществ в агроэкосистемах .одновременно влияют непосредственно на отдельные параметры и показатели почв и повышают общий уровень плодородия.
В предыдущих исследованиях установлено, что на долю удобрений приходилось 71 % варьирования содержания в корнеактивном (0–30 см) слое подвижного фосфора, 56 % – обменного калия и 28 % минерального азота.
Изменения в параметрах плодородия почвы, которые произошли за 12 лет исследований, обусловлены также применением удобрений в зависимости от вида севооборота. При разработке модели плодородия обыкновенных черноземов минимальную потребность в органических удобрениях определяли на основе прогнозов баланса гумуса за ротацию севооборота, а максимальную – путем расчета бездефицитного и допустимого по дефициту баланса гумуса, элементов минерального питания.
При насыщении севооборотов средствами биологизации (сидераты, многолетние бобовые травы) потребность в органических удобрениях снижается. В целях оптимизации баланса гумуса целесообразно в современных условиях увеличить в структуре посевов средства биологизации (использования измельченной соломы в качестве органического удобрения, сидераты, посевы многолетних трав и др.) .
Применение минеральных удобрений ориентировано на получение урожаев сельскохозяйственных культур на уровне, который обеспечивает нерегулируемый ограничивающий продуктивность пашни фактор (для Среднего Заволжья – влага).
При этом улучшение азотного режима почвы происходит одновременно и за счет непосредственного поступления в почву азота удобрений и за счет усиления мобилизации почвенного азота. В севообороте с чистым азотом мобилизация усиливается, с многолетними травами – увеличивается накопление щелочно-гидролизуемых форм этого элемента питания.
Основным источником накопления в почве подвижных фосфатов и обменного калия является применение минеральных удобрений в дозах, превышающих вынос. Этот процесс протекает более интенсивно при увеличении в почве гумуса. При разработке систем удобрения сельскохозяйственных культур в полевых севооборотах необходимо учитывать прогнозные изменения почвенного плодородия, баланса гумуса и элементов минерального питания.
Одним из важнейших условий достижения эталонных параметров плодородия является ежегодное, своевременное и высококачественное проведение технологических операций по коррекции плодородия. Ориентировочные сроки для достижения оптимальных параметров составляют 15–20 лет.
Для достижения более высоких оптимальных показателей плодородия требуются значительные материальные затраты, нецелесообразные с экономической точки зрения. После прекращения антропогенных воздействий под влиянием почвообразующих процессов, характерных для зоны, система почвенного плодородия довольно быстро приходит в исходное равновесное состояние. Поэтому агроуправляющие факторы определены параметрами, стабилизирующими потенциальное плодородие и обеспечивающими высокие (на уровне нерегулируемых факторов) урожаи сельскохозяйственных культур.
Важнейшим фактором, лимитирующим реализацию потенциала плодородия обыкновенных черноземов, является недостаток влаги, особенно в период вегетации сельскохозяйственных культур. В связи с этим первостепенное значение приобретают мероприятия по накоплению и сохранению влаги в почве [1].
Разработанная модель и эталонные системы воспроизводства плодородия обыкновенных черноземов с использованием факторов адаптивной интенсификации позволяет прогнозировать изменение параметров плодородия во времени, обеспечивать в опытах и передовых хозяйствах получение потенциальных для региона урожаев: озимой пшеницы – 35–40 ц/га, яровой пшеницы – 25–30 ц/га, ярового ячменя – 30–35 ц/га, зеленой массы кукурузы – 200–350 ц/га, зеленой массы многолетних бобовых трав (люцерна, эспарцет) – 150–200 ц/га.
Сложившиеся методы воспроизводства почвенного плодородия на черноземах Заволжья, требующие больших доз органических и минеральных удобрений, не реальны. Поэтому основой для воспроизводства почвенного плодородия на современном уровне должны служить: рациональное сочетание техногенных и биологических методов, предусматривающих наиболее полное использование нетрадиционных источников, органических удобрений, введение почвоулучшающих севооборотов и систем обработки почвы, биопрепаратов.
Из биологических источников органического вещества в реализации программы повышения почвенного плодородия наибольшее значение имеет солома, сидераты, посевы многолетних трав и зернобобовых культур.
Для сохранения на исходном уровне и расширенного воспроизводства почвенного плодородия необходимо в первую очередь обеспечить сбалансированный оборот элементов питания, бездефицитный баланс гумуса в почвах. Особое значение имеет накопление в почве органического вещества, количество которого сокращается в результате его минерализации при возделывании сельскохозяйственных культур, а также потерь вследствие эрозии, малоэффективных способов внесение удобрений, незначительных площадей под многолетними бобовыми травами.
Накопление гумуса происходит за счет пожнивно-корневых остатков и высеянных семян, корневых выделений, фиксации азота в посевах многолетних бобовых трав и накопления за счет внесения органических удобрений.
Особое значение имеет совместное использование в севооборотах соломы и минимальных приемов обработки почвы. Систематическое применение соломы выступает в этом случае не только как средство питания растений, но в качестве эффективного способа сохранения почвенного плодородия.
В длительных стационарных опытах Самарского НИИСХ установлено, что систематическое применения соломы в качестве органического удобрения значительно снижает темпы минерализации гумуса.
Важнейшим элементом при переходе на биологизированные системы земледелия является сидерация. Использование сидератов позволяет:
– повысить плодородие почвы (увеличить содержание в почве гумуса, общего азота, фосфора, калия и других элементов);
– улучшить водно-физические свойства почвы (структуру, водопроницаемость, влагоемкость и др.);
– повысить эффективность использования удобрений и соломы;
– активизировать биологические процессы в почве, снизить опасность потерь питательных веществ из глубоких горизонтов почвы в результате миграции подвижных питательных веществ;
– обеспечить более высокую продуктивность использования пашни.
По данным Самарского НИИСХ, внесение соломы повысило общий сбор зерна по трем культурам севооборота на 8,6 ц/га, а заделка зеленой массы сидератов (вики, донника) – на 10,8–12,6 ц/га.
При использовании на удобрение многолетних трав различают полное укосное и отавное удобрение. При полном удобрении в почву заделывают всю растительную массу, при отавном – запахивают корни, стерню и отросшую отаву. В сельскохозяйственном отношении в качестве удобрения наиболее эффективно отавное использование многолетних трав. В отличие от традиционных органических удобрений – это постоянно возобновляемый источник обеспечения почвы органическим веществом, а при использовании бобовых многолетних трав – биологическим азотом.
Кроме удобрительных свойств, многолетние травы выполняют фитосанитарную роль. Они снижают засоренность посевов и уменьшают повреждение растений болезнями. Их посевы способствуют снижению водной и ветровой эрозии почвы, а также предотвращению миграции элементов питания за пределы корнеобитаемого слоя.
Использование отавы многолетних трав на удобрение на 8–10 % увеличивает содержание в почве количество водопрочных агрегатов, способствует улучшению водного режима почвы, снижает коэффициент водопотребления последующих культур на 8–15 %. Рентабельность их использования на удобрение выше, чем подстилочного навоза.
Одним из важных элементов современных систем воспроизводства почвенного плодородия является правильный выбор способов обработки почвы и агротехнологий, определяющих регулирование процессов минерализации и гумификации растительных остатков.
Многолетними исследованиями, проведенными в разных регионах, установлено положительное влияние минимальных обработок почвы на снижение темпов минерализации гумуса.
Установлено, что длительное применение в севооборотах различных вариантов бесплужных дифференцированных и минеральных обработок почвы с использованием в качестве органических удобрений соломы и зеленой массы сидератов положительно влияет на содержание гумуса в сравнении с контролем на (0,3–0,6 %), благодаря менее интенсивному его разложению.
При переходе на ресурсосберегающие технологические комплексы создаются также более благоприятные условия для обеспечения растений подвижным фосфором и обменным калием в связи с активными процессами их трансформации в системе «почва-растение» (улучшение водного режима, повышение содержание органических остатков и пр.).
Весьма важным моментом, определяющим перспективность перехода на современные ресурсосберегающие технологические комплексы, является значительная экономия материальных и трудовых затрат. При равной продуктивности сельскохозяйственных культур переход на ресурсосберегающие технологии позволяет снизить по сравнению с традиционными технологиями прямые производственные затраты на 10–15 %, расход топлива в 1,5–2 раза, повысить рентабельность производства зерна на 15–20 % и коэффициент энергетической эффективности с 1,42 до 1,63 г.
В целях воспроизводства почвенного плодородия концепцией предусмотрено увеличение объемов применения минеральных удобрений, повышение эффективности их использования. Они являются решающим фактором стабилизации и быстрого наращивания темпов интенсификации отрасли. Удобрения позволяют получить не менее 50 % прироста урожая, повысить качество продукции, оказывают положительное влияние на плодородие почвы.
Однако с учетом ценовой политики на услуги селу, трудного экономического состояния хозяйств требуются существенные изменения в практике использования средств химизации.
Важнейшей задачей является обеспечение высокой окупаемости минимально необходимых доз удобрений на фоне максимальной мобилизации почвенно-климатических ресурсов за счет направленного воздействия на биологические процессы в почве, оптимизация других условий и факторов формирования высокой продуктивности сельскохозяйственных культур.
Наиболее эффективное использование минеральных удобрений обеспечивается в ресурсосберегающих технологиях при использовании их в комплексе со средствами защиты растений и другими приемами интенсификации растениеводства. При этом возрастают дополнительные сборы зерна и другой продукции за счет взаимодействия факторов.
Рецензенты:
Чичкин А.П., д.с-х.н., ведущий научный сотрудник отдела земледелия Самарского НИИСХ, Россельхозакадемии, г. Безенчук;
Мальчиков П.Н., д.с-х.н., заведующий лабораторией селекции твердой пшеницы, ГНУ «Самарский НИИСХ Россельхозакадемии», г. Безенчук.
Работа поступила в редакцию 30.05.2013.
Библиографическая ссылка
Обущенко С.В., Гнеденко В.В. ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ СОХРАНЕНИЯ И ВОСПРОИЗВОДСТВА ПОЧВЕННОГО ПЛОДОРОДИЯ ОБЫКНОВЕННЫХ ЧЕРНОЗЕМОВ СРЕДНЕГО ЗАВОЛЖЬЯ // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 8-2. – С. 380-384;URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=31927 (дата обращения: 18.04.2024).