Почвенно-агрохимические параметры и урожайность яровой пшеницы в лесостепи Среднего Поволжья

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Автореферат диссертации

на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Почвенно-агрохимические параметры и урожайность яровой пшеницы в лесостепи Среднего Поволжья

Бакиров Назиб Багуманович

Специальность 06.01.03 - агропочвоведение, агрофизика

Киров - 2009

Работа выполнена в Татарском научно-исследовательском институте агрохимии и почвоведения Российской академии сельскохозяйственных наук.

Научный консультант: доктор биологических наук, профессор Давлятшин Ильфрит Давлиевич.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Сапожников Петр Михайлович,

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Ивойлов Александр Васильевич,

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Юлушев Ирек Галеевич.

Ведущая организация: Казанский государственный университет им. В.И. Ульянова-Ленина.

Защита состоится 16 апреля 2009 года в 10 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.022.03 при ФГОУ ВПО «Вятская государственная сельскохозяйственная академия».

Адрес: 610017, г. Киров, Октябрьский проспект, 133, ауд. Б-206;

Факс: (8332) 548-633

e-mail: vsaa@insysnet.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГОУ ВПО «Вятская государственная сельскохозяйственная академия».

Автореферат разослан: март 2009 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук, доцент О.С. Кривошеина.

Общая характеристика работы

Актуальность исследований. В конце ХХ столетия человечество осознало, что состояние общества, дальнейшее его поступательное движение определяется уровнем аккумуляции и утилизации солнечной энергии зеленым растительным покровом, в том числе сельскохозяйственными культурами. В этом процессе посредником являются почва и ее свойства, участвующие в обеспечении растений питательными элементами и влагой. В основе механизма управления продуктивностью агроценозов лежит оптимизация почвенно-агрохимических свойств, обеспечивающих полное использование потенциала естественной влагообеспеченности, тепловых ресурсов местности.

Однако почвенно-агрохимические свойства, природные ресурсы влаги и тепла, принимающие участие в формировании урожая сельскохозяйственных культур, вариабельны как в пространстве, так и во времени. Кроме того, уровень реализации потенциала влаги и тепловых ресурсов полностью определяется экономическим положением и уровнем развития общества того или иного государства, отдельных его регионов. В связи с этим возникают целесообразность и необходимость мониторинга за состоянием почвенно-агрохимических свойств пахотных угодий, исследований связей между свойствами почв и урожайностью культур с целью разработки корректирующих мероприятий повышения продуктивности пахотных почв и последующего прогнозирования состояния системы «почва ? продуктивность сельско-хозяйственных культур ? хозяйственная деятельность».

Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка оптимальных параметров свойств и модели плодородия зональных пахотных почв для повышения урожайности яровой пшеницы до регионального агроэкологического потенциала по влагообеспеченности в западной части Предуральской провинции центральной полосы лесостепной зоны в пределах Западного Закамья (Среднего Поволжья). Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. создание банка данных зональных пахотных почв, их агрохимических свойств, урожайности яровой пшеницы и показателей хозяйственной деятельности (минеральные и органические удобрения, площади известкования и фосфоритования);

2. статистическая обработка накопленной почвенной информации, временного ряда урожайности яровой пшеницы методом скользящих средних;

3. разработка оптимальных параметров и прикладной модели плодородия зональных пахотных почв;

4. установление агроэкологического потенциала урожайности яровой пшеницы по теплообеспеченности, влагообеспеченности и агрохимическим свойствам;

5. разработка нового подхода расчета окупаемости удобрений на основе статистических параметров удобрений и урожайности яровой пшеницы;

6. выявление доли участия факторов в формировании урожайности яровой пшеницы, ее темпов роста и оценка погодных условий конкретного года на основе скользящих средних;

7. изучение связи между агрохимическими свойствами и урожайностью яровой пшеницы с выявлением лимитирующего фактора;

8. разработка концепции управления почвенным плодородием.

Научная новизна. Впервые в работе дана региональная статистическая характеристика аналитических, морфометрических показателей, агрохимических свойств пахотных почв; установлена доля участия естественного плодородия почв, хозяйственной деятельности в формировании урожайности яровой пшеницы на современном этапе развития земледелия. Разработаны региональные оптимальные параметры, модели плодородия зональных почв по новой прикладной структуре, представляющие основу механизма управления почвенным плодородием, определяющие очередность практических мероприятий для получения высоких и устойчивых урожаев яровой пшеницы.

Предложены новые подходы расчета окупаемости (оплаты) минеральных и органических удобрений основной продукцией зерновых культур, оценки агроклиматических условий сельскохозяйственного года по временному ряду скользящих средних урожайности культур. По материалам корреляционного анализа между агрохимическими свойствами и урожайностью яровой пшеницы установлен лимитирующий фактор в формировании урожаев яровой пшеницы - содержание подвижного фосфора в условиях средней полосы лесостепной зоны, где преобладающими зональными почвами являются черноземы оподзоленные и выщелоченные, темно-серые лесные почвы.

Практическая значимость. Предложенная система подходов в оценке современного агрохимического состояния пахотных почв, а также выводы, вытекающие из изучения связи между свойствами почв различного уровня и продуктивностью агроценозов, предназначены для принятия управленческих решений в системе Минсельхозпрода, Агрохимической службы Республики Татарстан, а также на сельскохозяйственных предприятиях различных форм собственности. Материалы исследований позволяют целенаправленно управлять формированием урожаев культур и по мере возможности приближать средние урожаи культур к агроэкологическому потенциалу территории.

Предложенные автором подходы по расчету окупаемости минеральных и органических удобрений, оценке агроклиматических условий сельскохозяйственного года, использование метода скользящей средней урожайности яровой пшеницы для определения современного уровня продуктивности пахотных почв имеют как практическое значение, так и методическую ценность.

Положения, выносимые на защиту:

1. Для оперативного управления предлагается прикладная структура модели почвенного плодородия, состоящая из блока динамичных и устойчивых свойств.

2. Для исследования связи между почвенными свойствами и продуктивностью агроценозов наиболее оптимальны скользящие средние временного ряда урожайности яровой пшеницы, длина шага которых отражает цикл (элементы) солнечной активности.

3. Особенности связи между урожайностью яровой пшеницы и агрохимическими свойствами выявляют долю участия почвенного, хозяйственного факторов и погодных условий в составе продукции агроценозов.

Апробация работы. Основные теоретические и практические результаты исследований докладывались и обсуждались на Международных, Всероссийских, региональных научных, научно-практических конференциях (Уфа, 2000; Алматы, 2000, 2001, 2004, 2005; Чебоксары, 2000; Казань, 2001, 2002, 2003, 2005, 2006; 2008; Рязань, 2001; Москва, 2002, 2005; Ижевск, 2002; Новосибирск, 2004; Томск, 2005; Ставрополь, 2006; Нижний Новгород, 2008; Ростов-на-Дону, 2008; Санкт-Петербург, 2006, 2008). По материалам диссертации опубликовано 50 работ, из них 11 - в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных Высшей аттестационной комиссией.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, десяти глав, основных выводов, списка литературы и приложений к отдельным главам. Работа изложена на 420 страницах компьютерного текста, включает 155 таблиц, 39 рисунков и 2 приложения. Список литературы представлен 375 источниками, в том числе 25 - на иностранном языке.

Содержание работы

Глава I. Объект и методика исследований. Объект исследования занимает Западное Закамье Среднего Поволжья западного крыла Предуральской провинции (Природно-сельскохозяйственное районирование земельного фонда СССР, 1975; Природно-сельскохозяйственное районирование и использование земельного фонда СССР, 1983).

В состав изучаемого региона входят 8 административных районов (Аксубаевский, Алексеевский, Алькеевский, Новошешминский, Нурлатский, Спасский, Черемшанский, Чистопольский) общей площадью 14 937 км². Регион занимает ведущее положение в производстве товарного зерна, имеет высокий удельный вес в производстве продуктов животноводства.

Геоморфологическое строение и характеристика геологического строения детально рассматриваются в работах ученых Казанского государственного университета (Сементовский, Батыр, Ступишин, 1951; 1960; Селивановский, 1962; Сементовский, 1963; Батыев, Ступишин, 1972 и др.). Западное Закамье занимает нижнюю ступень равнины, возвышающейся с западных границ (река Волга) на восток до Бугульминского плато (Ступишин, 1962). 35,4 % территории находится над уровнем моря до 100 м, 63,6 % - на уровне 100-200 м.

Почвообразующими породами служат делювиальные, элювиально-делювиальные отложения, иногда - элювий коренных пород (Винокуров, 1962; Копосов, Бакиров, 2004).

Естественная растительность - широколиственные леса и луговая степь. В настоящее время лесные массивы в основном уничтожены, сохранились на водоразделах, крутых склонах (Марков, Маркова, 1964).

Климат - умеренно континентальный. Среднегодовая температура - 3,3 - 3,5 ^оС, июля - 18,9 - 19,2 ^оС, января ? -13,7 ^оС. Сумма активных температур - более 2250 ^оС, длина вегетационного периода - 125 - 136 дней. Годовое количество осадков варьируется от 501 до 527 мм, за теплый период - от 341,9 до 357 мм. Оно также варьируется как по годам, так и по сезонам, месяцам, что характерно для континентального климата. Весенние запасы продуктивной влаги составляют 134 - 172 мм.

Земли сельскохозяйственного назначения занимают 965,6 тыс. га, а сельскохозяйственные угодья - 913,5 тыс. га, в том числе пашня - 778,4 тыс. га. Ведущими культурами являются традиционные зерновые (48,9 %), среди них преобладает яровая пшеница (16,4 %). Доля кормовых культур высокая - 34,2%, чистые и сидеральные пары занимают 14,4 %.

Удельный вес кормовых культур отражает развитое животноводство. Поголовье КРС составило 159,4 тыс. голов, 121,3 тыс. свиней и 8,5 тыс. лошадей.

Характерная черта современного земледелия ? применение минеральных и органических удобрений на фоне известкования и фосфоритования кислых почв (табл. 1).

Таблица 1. Насыщенность пашни органическими и минеральными удобрениями, площади известкования и фосфоритования (фрагмент)

Годы	Минеральные удобрения, кг д.в./га	Органические удобрения, т/га	Площадь, тыс.га
			известкования	фосфоритования
1974	22,9	2,25	0,0	0,0
1980	36,9	4,15	1,58	1,2
1985	63,9	4,39	3,52	5,5
1990	96,0	3,76	7,96	4,4
1993	129,1	4,30	9,1	8,37
1997	94,0	1,52	6,8	0,0
1998	57,4	1,09	4,01	0,0
1999	45,1	0,94	3,68	0,0
2000	68,8	1,09	3,93	0,0
2004	50,9	0,81	3,26	0,0
Сумма*	2010	90,72	146,46	81,25
Среднее*	64,8	2,93	4,72	2,71

Примечание: сумма и среднее за 1974 ? 2004 годы.

Насыщенность агрохимикатами гектара пашни достигала наивысших показателей в конце 1980-х и в начале 1990-х годов. В настоящее время количество используемых минеральных удобрений составляет 50 ? 70 кг д.в./га, также снизилась насыщенность пашни органическими удобрениями до 0,8 ? 1,1 т/га.

Почвенный покров земель сельскохозяйственного назначения представ-лен лесостепными черноземами (оподзоленные, выщелоченные, типичные) ? 68,4 %, серыми лесными (преобладают темно-серые лесные почвы) ? 23,5 % и дерново-подзолистыми почвами - 1,2 %. Остальную площадь занимают лугово-черноземные (2,6 %), аллювиальные, гидроморфные и другие почвы. Преобладающим гранулометрическим составом являются тяжелые суглинки и легкие глины. Супесчаные и легкосуглинистые разновидности зональных почв имеют незначительное распространение. Ареалы суглинистых разновидностей, в основном, встречаются в Алькеевском, Алексеевском и Спасском районах.

Работа представляет обобщение накопленного фактического материала. Проведен анализ урожайности яровой пшеницы, насыщенности пашни агрохимикатами, агрохимических свойств временного ряда на уровне административных районов, охватывающего 1970 ? 2004 годы. Использованы накопленные материалы крупномасштабных почвенных исследований ? до 2420 почвенных разрезов.

Статистическая обработка проведена по Е.А. Дмитриеву (1972, 1995), В.И. Савичу (1972), П.Ф. Рокицкому (1973), Б.А. Доспехову (1985). Использован также опыт работы С.И. Соколова (1929,1949), И.Г. Важенина (1963), И.А. Крупеникова (1967), Н.А. Миронова и др. (1975), И.П. Охинько и др. (1991), а также других ученых.

Статистические параметры получены обработкой показателей свойств и морфометрических измерений на уровне генетических горизонтов. В ходе обработки каждый признак характеризуется объемом выборки (n), средней арифметической (М), предельными значениями (Max, Min), среднеквадратическим отклонением (?), ошибкой средней арифметической (m), коэффициентом вариации (V) и показателем точности (Р).

В обработке временного ряда урожайности яровой пшеницы применен относительно редко встречающийся в агропочвоведении метод скользящих средних. Возможность и результативность использования этого метода нами была рассмотрена ранее (Давлятшин, Бакиров, 1999, 2001, 2005, 2007а,б, 2008).

Глава II. Теоретические предпосылки устойчивого и экологического земледелия. Проанализированы взгляды на развитие земледелия и формирование урожайности зерновых культур от эпохи древних цивилизаций, феодализма, капитализма и до наших дней. Детальное внимание уделяется развитию взглядов теории минерального питания от макроэлементов до микроэлементов в современной трактовке ученых.

Определен потенциал урожайности яровой пшеницы по теплообеспеченности, влагообеспеченности и подвижным элементам питания. Максимальной высотой урожаев культур местности является потенциал по влаге, который для региона равен 40 - 50 ц/га. Настоящий уровень урожаев зерновых культур - 25 - 35 ц/га, потенциал по влаге и разница между ними (15 ? 25 ц/га) указывают на возможности роста урожаев культур. Для достижения потенциала по влаге необходимо проводить три стадии оптимизации почвенных свойств. 1-я стадия - оптимизация содержания подвижных динамичных элементов питания, мощности пахотного горизонта; 2-я стадия - оптимизация устойчивых почвенных свойств (содержания гумуса, состава и суммы поглощенных оснований); 3-я стадия - оптимизация фундаментальных свойств (гранулометрического, минералогического состава, строения почвенного профиля). Выявлена связь между уровнем варьирования показателей свойств в разрезе этих групп и подходом их оптимизации и управления. В настоящее время проводится оптимизация динамичных свойств, для которых характерен высокий уровень варьирования.

Глава III. Почвенно-экологическое состояние пахотных почв. Дана статистическая характеристика параметров морфологического строения, содержания гумуса, подвижных элементов питания, состава емкости поглощения, рН суспензии по зональным представителям почв тяжелосуглинистого и глинистого гранулометрического состава.

Статистические показатели получены для всех представителей зональных и экстразональных почв: дерново-подзолистых, светло-серых, серых и темно-серых лесных почв, черноземов оподзоленных, выщелоченных и типичных. Для иллюстрации приводятся среднестатистические показатели зональных почв (табл. 2).

Таблица 2. Среднестатистические параметры зональных почв (фрагмент)

Горизонты	Нижн. граница, см	Частицы %, мм	Гумус, %	ЕКО, мг-экв/100 г	рН, сол.	Подвижные, мг/100 г
		<0,001	<0,01		Са+Мg	Гк		Р2О5	К2О
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Дерново-подзолистые почвы (n=12?36)
Аn	26,2	15,2	43,8	2,30	16,0	3,38	4,91	4,17	10,3
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
А2	34,4	7,0	37,0	1,26	10,9	3,40	4,77	4,83	4,70
А2В	35,1	20,5	47,5	0,88	15,9	3,25	4,68	5,26	11,1
В1	57,5	46,2	64,2	0,63	27,0	4,79	4,32	3,03	15,3
В2	93,2	42,8	60,4	н.д.	32,1	н.д.	5,07	н.д.	н.д.
С**	107,8	35,3	60,7	"	н.д.	"	5,1	"	"
Светло-серые лесные почвы (n= 5?55)
Аn	26,1	18,9	45,6	3,23	19,6	4,4	5,08	6,4	11,1
А2	31,2	Н.д.	Н.д.	1,90	Н.д.	Н.д.	5,40	7,8	11,0
А2В	34,4	23,7	49,8	1,71	18,7	3,9	4,81	5,7	16,8
В1	47,9	35,6	54,6	1,07	24,4	4,2	4,76	н.д.	н.д.
В2	88,6	34,8	53,4	0,55	25,7	2,0	5,53	"	"
С*	135,0	33,4	55,8	н.д.	н.д.	н.д.	5,10	"	"
Серые лесные почвы (n = 7 ?72 )
Аn	26,7	20,8	46,2	4,25	27,5	3,8	5,37	9,1	13,6
А2	33,3	25,1	48,8	2,49	26,4	2,4	5,57	13,6	14,6
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
А2В	34,9	27,2	51,8	2,54	26,1	4,1	5,05	8,6	13,7
В1	52,7	32,3	54,3	1,12	26,5	2,6	5,13	13,7	14,0
В2	88,7	34,0	53,4	0,64	27,4	2,4	5,30	20,9	н.д.
ВС	115,7	25,7	48,8	н.д.	Н.д.	1,5	5,31	н.д.	"
С*	141,9	31,6	53,4	"	"	н.д.	7,94**	"	"
Темно-серые лесные почвы (n = 8?108)
Аn	27,2	21,6	46,0	5,34	32,1	3,5	5,56	6,39	6,11
А1А2	35,2	25,6	50,9	3,69	29,9	4,0	5,25	4,65	4,63
АВ	38,2	28,7	50,8	3,23	29,6	3,0	5,44	7,30	7,97
В1	57,8	33,9	53,6	1,44	27,6	2,6	5,31	5,93	5,11
В2	89,9	32,5	51,6	0,96	29,0	1,5	5,57	7,53	4,09
ВС	114,0	28,3	48,7	н.д.	н.д.	1,4	7,89**	н.д.	н.д.
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
С*	144,3	31,4	52,0	"	"	н.д.	8,21**	"	"
Черноземы оподзоленные (n = 15?34)
Аn	27,2	22,1	46,4	6,91	35,3	н.д.	5,44	7,30	12,9
А1	41,4	26,1	48,5	4,80	33,4	"	5,51	7,09	12,0
АВ	55,8	29,3	49,9	3,10	29,1	"	5,54	9,8	9,8
В1	80,8	31,3	50,9	1,23	25,2	"	5,33	13,2	12,4
В2	115,7	33,9	62,0	0,57	22,3	"	5,1	н.д.	н.д.
ВС	121,2	25,5	43,9	0,67	21,9	"	5,4	"	18,4
С*	140,9	29,2	48,2	0,32	21,8	"	8,3**	"	18,4
Черноземы выщелоченные (n = 41?149)
Аn	27,5	30,0	56,8	7,65	41,9	н.д.	5,49	10,7	14,0
А1	42,0	32,8	56,5	5,63	36,9	"	5,60	9,0	12,4
АВ	57,4	35,5	52,0	3,51	34,2	"	5,55	9,7	11,4
В1	70,6	36,9	55,7	2,08	31,1	"	5,30	11,8	10,3
В2	92,7	35,9	57,1	1,57	н.д.	"	5,56	н.д.	н.д.
ВС	116,0	35,2	58,4	н.д.	"	"	8,24**	"	"
С*	144,1	34,5	57,1	"	-"	"	8,24**	"	"
Черноземы типичные (n=83 ?97)
Аn	27,4	31,0	57,2	7,19	40,4	н.д.	6,9**	13,1	16,2
А1	48,1	30,6	55,8	5,61	38,8	"	7,2**	11,7	14,3
АВ	67,2	32,8	56,4	3,86	36,8	"	7,6**	8,2	13,8
В	92,2	33,5	57,1	2,00	31,5	"	8,2**	3,2	13,5
ВС	117,2	33,8	56,7	н.д.	н.д.	"	8,4**	н.д.	н.д.
С	145,2	33,9	55,6	"	"	"	8,4**	".	"

Примечание: н.д. здесь и далее означает отсутствие данных для статистической обработки; Р₂О₅ и К₂О даны в мг/100г почвы (согласно материалам почвенных изысканий); * - нижняя граница породы и ** - рН водной вытяжки.

Статистические показатели отдельных свойств и их средние значения дают представление об их направлении изменения, как по профилю, так и в зональном аспекте. Отмечаемые ими закономерности хорошо согласуются с данными, полученными в ходе развития описательного почвоведения в регионе (Винокуров, 1962).

Интегральным критерием оценки почвообразовательного процесса, в конечном счете, потенциального плодородия почв, является распределение гумуса по расчетным 10 см слоям. В работе также даны результаты профильного распределения плотности, запасов гумуса, емкости катионного обмена зональных и экстразональных почв. Так, запасы гумуса в пахотном горизонте варьируются от 86,8 до 257,2 т/га, в полуметровом слое ? от 111,8 до 376,7 т/га и метровом - от 144,3 до 527,7 т/га. По запасам гумуса метрового слоя дифференциация почв более выражена, чем по этим же показателям пахотного горизонта. Отношение между максимальными и минимальными запасами в пахотном горизонте равно 2,96, в полуметровом слое - 3,17 и метровом слое - 3,66.

Показатели емкости катионного обмена в анализируемых почвах также имеют дифференциацию. В пахотном горизонте они варьируются от 19,1 до 40,4, в полуметровом - от 18,2 до 39,7 мг-экв./100 г почвы, отношение между максимальной и минимальной величиной равно 2,11-2,18.

Таким образом, анализ аналитических и морфометрических статистических данных показал, что почвы объекта имеют четкую дифференциацию по ведущим продуктам почвообразования, участвующим в определении качества и количества продукции агроценозов. Это означает, что получение максимальных урожаев выращиваемых культур связано с их учетом и оценкой применительно к каждой культуре.

Глава IV. Закономерности пространственной и временной изменчивости зональных почв. Анализируются уровни варьирования пространственной изменчивости показателей свойств зональных почв (табл. 3).

Коэффициенты вариации свойств и морфологических измерений имеют четкую дифференциацию как по профилю, так и по почвам в зависимости от генетических особенностей этого признака. Так, для подвижных свойств (подвижные формы фосфора и калия) характерна высокая, для устойчивых свойств (гумус, емкость поглощения) - средняя, для фундаментальных свойств (содержание частиц <0,001 и <0,01 мм) - слабая степень вариабельности.

По материалам почвенного мониторинга проведен сравнительный анализ содержания гумуса в разрезах, заложенных на одном и том же месте (табл. 4). В сумме проанализированные 38 пар почвенных разрезов показывают, что пахотные почвы объекта ежегодно теряют по 0,025 % гумуса в пахотном горизонте и 0,0222 % - в полуметровом слое.

Таблица 3. Коэффициенты вариации морфометрических измерений горизонтов и показателей свойств в зональных почвах, %

Горизонты	Гумус,%	Са+Mg, мг-экв.	Гк	<0,001, мм	<0,01, мм	pH	P2O5, мг	K2O, мг
Индекс	%
Темно-серые лесные тяжелосуглинистые почвы
Ап	12,4	14,6	15,3	35,8	19,6	5,5	8,5	55,7	45,0
А1	11,2	32,6	21,8	63,2	21,1	12,0	6,8	53,9	36,2
АВ	11,1	21,9	13,9	43,2	24,8	11,8	9,0	61,2	52,0
В1	17,8	41,6	19,9	47,2	21,6	12,0	9,6	39,0	35,9
В2	14,7	50,7	19,4	45,2	25,4	13,4	10,2	44,0	25,6
ВС	10,7	н.д.	н.д.	50,0	29,0	25,5	7,3	н.д.	н.д.
С	12,1	н.д.	н.д.	н. д.	27,6	н. д.	11,9	н.д.	н. д.
Черноземы выщелоченные легкоглинистые
Ап	11,0	10,9	10,2	н.д.	15,2	5,9	4,2	65,6	43,2
А1	15,0	19,7	10,3	н.д.	14,3	7,1	3,7	65,4	47,2
АВ	15,6	24,6	13,3		12,5	7,5	4,6	75,4	29,6
В1	12,4	24,1	н.д.	н.д.	12,8	9,8	5,9	44,7	37,3
В2	14,7	35,7	16,8	н.д.	12,1	8,2	6,8	н.д.	н.д.
ВС	10,8	н.д.	н.д.	н.д.	12,1	8,9	4,5	н.д.	н.д.
С	9,4	н.д.	н.д.	н.д.	14,0	10,3	5,8	н.д	д.д.

Обработка почвы, улучшая аэрацию, способствуя большему усвоению атмосферных осадков, на современном этапе является мощным фактором почвообразования, обеспечивающим благоприятные условия развития биологических процессов, приводящих к минерализации органического вещества почвы (гумуса) в пределах пахотного и гумусового горизонтов. Интенсивность и скорость разрушения почвенного гумуса корректируются зональным положением, химическими, физическими свойствами, хозяйственной деятельностью и временем (табл. 4,5).

Рассматриваемые типы и подтипы почв также дифференцируются по количеству потери гумуса в процессе обработки. В пахотном горизонте больше гумуса минерализуется (до 1,04 %) в темно-серых лесных почвах, меньше - в черноземах выщелоченных и типичных - до 0,56 - 0,59 %. Эти факты, на наш взгляд, объясняются большим увлажнением пахотного горизонта темно-серых лесных почв в течение всего летнего сезона по сравнению с черноземами выщелоченными и типичными.

Таблица 4. Изменение содержания гумуса в пахотном горизонте и 0-50 см слое почв, %

П о ч в ы	Мощность слоя, см
	0-30 см	0-50 см
	n	всего гумус, разрез %	n	всего гумус, разрез %
Дерново-подзолистые	4	- 0,037 - 0,009	2	- 0,013 - 0,006
Светло-серые лесные	2	+ 0,047 + 0,023	1	+ 0,031 + 0,031
Серые лесные	3	- 0,017 - 0,006	н.д.	н.д.
Черноземы оподзоленные	2	+ 0,005 + 0,002	2	+ 0,003 + 0,002
Черноземы выщелоченные	13	- 0,406 - 0,031	13	- 0,278 - 0,021
Черноземы типичные	8	- 0,341 - 0,043	7	-0,323 -0,046
Все почвы	38	- 0,779 - 0,0205	29	-0,643 -0,0222
В том числе : накопление (+)	13	+ 0,313 + 0,024	8	+0,248 +0,033
уменьшение (-)	25	- 1,092 - 0,0437	21	-0,891 -0,0424

Примечание: n - количество разрезов (повторностей); подчеркнутые данные - для всех разрезов; неподчеркнутые - в расчете на один разрез.

Под влиянием обработки почв наблюдается общее ежегодное снижение содержания гумуса. Так, в пахотном горизонте (0-30 см) темно-серых лесных почв оно составляет 0,040 %, в черноземах выщелоченных - 0,035% и в черноземах типичных - 0,031 %. Эта закономерность также проявляется в подпахотном горизонте и полуметровой толще.

Таблица 5. Изменение содержания гумуса во времени в профиле почв, %

Кол-во лет	Содержание гумуса	Потеря гумуса
	0-30 см	30-50 см	0-50 см	0-30 см	30-50 см	0-50 см
Темно-серые лесные, n =3
26	5,01 3,97	2,85 2,65	4,15 3,62	1,04 0,040	0,20 0,008	0,53 0,020
Черноземы выщелоченные, n = 7
16	8,04 7,48	4,92 4,85	6,74 6,38	0,56 0,035	0,07 0,005	0,36 0,026
Черноземы типичные, n =5
19	6,86 6,27	5,39 4,55	6,35 5,58	0,59 0,031	0,84 0,044	0,77 0,040

Примечание: во второй, третьей и четвертой графах подчеркнутые данные характеризуют содержание гумуса в начале наблюдения, неподчеркнутые - в конце наблюдения; в последующих графах подчеркнутые данные - общую потерю, неподчеркнутые - ежегодные потери.

Полученные показатели темпов деструкции гумуса согласуются с теоретическими положениями образования такого специфического органического вещества в почвах и концепцией формирования черноземов.

Глава V. Региональные оптимальные показатели свойств и строения пахотных почв. Уровнем развития и успехами почвоведения, агропочвоведения и агрохимии установлено, что для каждой сельскохозяйственной культуры имеется свой диапазон оптимальных параметров почв, при котором формирование ее продуктивности не сдерживается, а свойства и строение профиля не являются лимитирующими факторами. Это положение и связь между свойствами и урожайностью культур представляют теоретическую основу управления плодородием, определяют ход развития хозяйственной деятельности (Шишов, Дурманов, 1984; Шишов, Карманов, Дурманов, 1987; Шишов, Булгаков и др., 1991; Шишов и др., 1991; Кирюшин, 1995 и др.). Вместе с тем, оптимальные параметры почв четко дифференцируются в региональном направлении.

Исходя из подразделения почвенных свойств на фундаментальные, устойчивые и динамичные, полученных статистических параметров свойств почв, их связей между собой и урожайностью зерновых культур разработаны региональные оптимальные параметры основных представителей зональных почв тяжелосуглинистого и легкоглинистого гранулометрического состава. При выявлении оптимальных параметров учтены имеющиеся в других регионах разработки по этому вопросу (Шишов, Булгаков и др., 1991), установленные закономерности распределения свойств в почвенных типах и подтипах в меридиональном направлении, а также особенности почвообразовательного процесса в условиях формирования островных массивов экстразональных почв.

Оптимальные параметры получены для динамичных свойств (содержания подвижных форм фосфора, калия, мощности пахотного горизонта и плотности почв) и для устойчивых почвенных свойств (содержания гумуса, емкости поглощения, гидролитической кислотности и степени насыщенности основаниями) по всем представителям зональных почв - дерново-подзолистым, светло-серым, серым и темно-серым лесным почвам и лесостепным черноземам (оподзоленным, выщелоченным и типичным) (табл. 6).

Сравнительный анализ показал, что региональные оптимальные параметры пахотных почв Западного Закамья несколько отличаются от аналогичных параметров почв регионов, расположенных западнее (Шишов, Булгаков и др., 1991), что согласуется с географическими закономерностями изменения свойств в этом направлении.

пахотный почва урожайность пшеница

Таблица 6. Региональные оптимальные параметры зональных почв (фрагмент)

Почвенные свойства	Апах	Подпах.гор-т
Дерново-среднеподзолистые почвы
Динамичные свойства
Р2О5, мг/кг	150 - 200	100 - 120
К2О, мг/кг	170 - 200	120 - 170
Апах, см	30	-
рН солевой вытяжки	5,9 - 6,5	5,0 - 5,6
Плотность, г/см3	1,15 - 1,20	1,45 - 1,50
Устойчивые свойства
Содержание гумуса, %	2,50 - 3,00	1,50 - 1,60
Емкость катионного обмена, мг-экв./100 г	15,0 - 25,0	15,8 - 19,8
Сумма поглощ. Са и Мg, мг-экв/100 г	14,0 - 22,5	13,8 - 16,8
Гидролитическая кислотн., мг-экв./100 г	1,0 - 2,5	2,0 - 3,0
Степень насыщенности оснований, %	90 - 95	85 - 90
Серые лесные почвы
Динамичные свойства
Р2О5, мг/кг	>200	100 - 120
К2О, мг/кг	>250	120 - 180
Апах, см	30	-
рН солевой вытяжки	5,9 - 6,5	5,2 - 5,6
Плотность, г/см3	1,15 - 1,20	1,45 - 1,50
Устойчивые свойства
Содержание гумуса, %	3,50 - 4,50	2,20 - 2,50
Емкость поглощения, мг-экв./100 г	25,0 - 30,0	27,0 - 33,0
Сумма погл. Са и Мg, мг-экв./100 г	23,0 - 27,0	23,5 - 29,0
Гидролитическая кислотн., мг-экв./100 г	1,5 - 2,5	3,0 - 3,5
Степень насыщенности основ., %	90 - 95	85 - 95
Черноземы выщелоченные
Динамичные свойства
Р2О5, мг/кг	>200	150 -200
К2О, мг/кг	>250	120 - 180
Апах, см	30-32	-
рН водной вытяжки	6,0-6,5	6,0 - 6,5
Плотность, г/см3	1,10 -1,15	1,20 -1,30
Устойчивые свойства
Содержание гумуса, %	6,0 - 8,0	3,50 - 4,50
Емкость катионного обмена, мг-экв./100 г	35,0 - 40,0	32,0 - 40,0
Сумма погл. Са и Мg, мг-экв./100 г	33,0 - 37,0	28,0 - 37,0
Гидр. кислотн., мг-экв./100 г	1,5- 2,0	1,0 - 2,0
Степень насыщенности основ., %	95,0 - 98,0	95,0 -98,0

Глава VI. Региональные модели плодородия зональных почв. В почвоведении модели традиционно служат основной формой представления обобщения многочисленной информации (Шишов и др., 1991) и являются методическим приемом системного анализа.

В коллективной монографии Л.Л. Шишова, Д.С. Булгакова и др. (1991) дан подробный анализ модели плодородия зональных пахотных почв Европейской части СССР (Карманов, Булгаков, Славный, 1991; Богдевич и др., 1991; Апарин, Булгаков, Каррыев, Плотникова, 1991; Карманов, Булгаков, Саввинова, Волков, 1991; Карманов, Булгаков, Волков, 1991а, б и др.).

Модели плодородия почв (МПП) строятся на многочисленной почвенной информации, представляющей основу автоматизированного банка. Такой автоматизированный банк (АБ), разработанный В.А. Рожковым и А.С. Фридом, получил название ПЛОМОД (Шишов и др., 1991). В МПП все почвенные показатели группируются в блоки, они представлены традиционными разделами почвоведения.

Предложенные в монографии Л.Л. Шишова, Д.С. Булгакова и др. (1991) МПП почв состоят из 6 блоков. Мы считаем, что эти модели являются базисными, то есть фундаментальными.

В целях упрощения структуры МПП Западного Закамья нами предлагаются два блока свойств. Соответственно, МПП названа прикладной. Первый ее блок состоит из динамичных почвенных свойств и включает содержание подвижных форм фосфора и калия, мощность пахотного горизонта, рН почвенной суспензии и плотность пахотного горизонта. Второй блок модели представляют устойчивые свойства - содержание гумуса, емкость почвенно-поглощающего комплекса, сумма поглощенных оснований, гидролитическая кислотность и степень насыщенности основаниями (табл.7).

Все свойства, за исключением мощности пахотного горизонта, даются по пахотному и подпахотному горизонтам. Модели показателей представлены в диапазоне оптимальных параметров, параллельно - их конкретные статистические показатели. Различия между ними характеризуют отклонения современного состояния свойств от оптимальных параметров. Такая группировка блоков и состав почвенных показателей обоснована распределением коэффициентов вариации, определяет очередность их практического достижения и согласуется с предложенной нами концепцией получения устойчиво высоких урожаев.

Фундаментальные почвенные свойства, совокупность которых нашла отражение в критериях классификационных почвенных единиц (тип, подтип, род, вид, разновидность) вынесены в названии МПП.

В дерново-подзолистых, серых лесных почвах оптимальные параметры устойчивых свойств несколько выше их фактических показателей, по мере движения к подтипам черноземов лесостепной зоны различия между ними постепенно исчезают. В черноземах выщелоченных и типичных фактические показатели устойчивых свойств находятся в диапазоне оптимальных параметров, что еще раз подчеркивает значение регионального фактора в рассмотрении гумусированности почв.

Таблица 7. Модель плодородия пахотных зональных почв (фрагмент)

Свойства, признаки	Состояние	Оптимальные параметры: диапазон/среднее
	пахотный	подпах.	пахотный	подпахотный
Темно-серые лесные тяжелосуглинистые почвы
Блок динамичных свойств
Содержание подвижного фосфора, мг/кг почвы	131,0	117,0	>200	150-200/ 175
Содержание подвижного калия, мг/кг почвы	162,0	143,0	>250	120-180/ 150
Мощность пахотного горизонта, см	27,4	-	30-32/32	-
рН водной вытяжки	6,9	7,2	6,5-7,0/ 6,75	7,0-7,5/7,25
Плотность, г/см3	не опр.	не опр.	1,05-1,10/ 1,075	1,10-1,15/ 1,125
Блок устойчивых свойств
Содержание гумуса, %	7,19	5,61	6,0-8,0/ 7,0	3,5-4,5/ 4,0
Сумма поглощенных оснований, мг-экв./100 г	40,4	38,8	35,0-40,0/ 37,5	32,0-40,0/ 36,0
Черноземы выщелоченные среднемощные среднегумусные легкоглинистые
Блок динамичных свойств
Содержание подвижного фосфора, мг/кг почвы	107,0	90,0	>200	150-200/ 175
Содержание подвижного калия, мг/кг почвы	140,0	124,0	>250	120-180/ 150
Мощность пахотного горизонта, см	27,5	-	30-32/ 32	-
рН солевой вытяжки	6,65	6,70	6,0-6,5/ 6,25	6,0-6,5/ 6,25
Плотность, г/см3	не опр.	не опр.	1,10-1,15/ 1,125	1,20-1,30/ 1,25
Блок устойчивых свойств
Содержание гумуса, %	7,65	5,63	6,0-8,0/ 7,0	3,50-4,50/4,00
Сумма поглощенных оснований, мг-экв./100 г	41,9	36,9	35,0-45,0/40,0	28,0-37,0/ 32,5

В блоке динамичных свойств фактическое содержание подвижных элементов питания, рН и мощность пахотного горизонта ниже их оптимальных параметров. В черноземах типичных и выщелоченных рН находится в данном диапазоне.

В качестве эталона относительно подвижного фосфора принята высокая степень обеспеченности, а для калия - очень высокая степень обеспеченности. В подпахотном горизонте серых лесных почв они, соответственно, представлены 110 - 120 мг/кг и 120 - 180 мг/кг почв. Для реализации модели плодородия в пахотном горизонте необходимо вносить 386 кг д.в. Р₂О₅ и 402 кг/га д.в. К₂0. Для оптимизации полуметровой толщи дополнительное количество минеральных фосфорных удобрений составляет 457 кг д.в./га, а калийных - 440 кг д.в./га. Эти показатели рассчитаны на основе современного состояния, оптимальных параметров свойств почв, плотности и мощности расчетных слоев.

По гидролитической кислотности серые лесные почвы имеют отклонения в сторону превышения от оптимальных показателей. Для пахотного горизонта отклонение составляет 1,8 и для подпахотного - 0,85 мг-экв./100 г почвы. Сказанное, на наш взгляд, объясняется наличием самой обработки пахотного горизонта, с одной стороны, и применением физиологически кислых минеральных удобрений в современном земледелии, - с другой. Отсюда следует, что практическая реализация МПП связана с периодическим известкованием почв. Так, для пахотного горизонта требуется до 3,231 т/га, для подпахотного горизонта - 4,485 т/га извести.

Параметры модели плодородия черноземов близки между собой. Вместе с тем, в показателях свойств отражено их место в пределах зоны.

Для реализации модели плодородия в черноземах выщелоченных необходимо дополнительно, сверх отчуждения урожаем, вносить 344 кг/га д.в. фосфорных и 152 кг/га д.в. калийных удобрений. Для полуметровой толщи эти показатели соответственно возрастают до 556 и 217 кг/га д.в./га.

Рассмотренные модели, а также предложения для достижения оптималь-ных показателей почвенных свойств еще раз подтверждают факт о том, что поддержание на оптимальном уровне плодородия почв тесно связано с уровнем развития общества и экономическим положением, а размер вложений зависит от уровня естественного плодородия пахотных почв.

Глава VII. Агрохимическая характеристика пахотных почв. Динамика средневзвешенного содержания фосфора, калия и рН среды в первом цикле обследования показывает среднюю степень обеспеченности фосфором (87,1 мг/кг), повышенную - калием (122,0 мг/кг), близкую к нейтральной - среду рН (5,6), (табл. 8). Динамика их колебания обусловлена применением минеральных, органических удобрений, известкованием и фосфоритованием, с одной стороны, отчуждением РК урожаем культур, - с другой. Критерием служит баланс элементов питания, при положительном балансе имеет место повышение, при отрицательном - понижение средневзвешенных показателей РК. Так, от первого цикла к VI имеет место постепенное повышение содержания подвижного фосфора, что подтверждается положительным балансом этого элемента. Баланс по калию в целом за 1974 - 2004 годы отрицателен, соответственно, динамика содержания этого элемента колеблется по циклам исследования. Варьированию содержания калия по циклам также способствует имеющая место трансформация калия из валовых форм в подвижные.

Таблица 8. Динамика Р₂О₅, К₂О и рН в пахотных почвах Западного Закамья

Тур	Годы	Р2О5 мг/кг	К2О, мг/кг	рН
I	1967	87,1	122,0	5,6
II	1975	80,5	141,9	5,5
III	1983	99,7	126,8	5,5
IV	1988	101,2	125,2	5,5
V	1993	110,7	129,8	5,5
VI	1998	119,7	122,2	5,6
VII	2002 (два района)	112,6	125,9	5,6

Вместе с тем, соотношение содержания подвижных форм РК определяет географическое положение региона - средняя часть лесостепной зоны с черноземами и близкими к ним темно-серыми лесными почвами. За счет географического положения объекта пахотные почвы имеют повышенную и высокую степень обеспеченности подвижным калием, лишь среднюю степень - подвижным фосфором. Такое положение обусловливает дефицит фосфора в формировании высоких урожаев зерновых культур.

Имеющиеся показатели содержания подвижных форм бора, молибдена и серы в основном показывают среднюю степень обеспеченности почв при довольно узком диапазоне их варьирования.

Заложенный опыт на светло-серой лесной почве стационара Казанского ГАУ в 1974 ?1999 годы показывает эффективность микроэлементов (B, Mo, Zn, Co, Mn, Cu и все микроэлементы). За первую ротацию прибавка урожая колебалась от 36 до 52 ц/га кормовых единиц, что составляет 12-15 % от контроля. Во второй ротации получены аналогичные данные, за исключением варианта с молибденом, где наблюдаются отрицательные данные.

За две ротации отмечен отрицательный баланс по всем микроэлементам при восполняемости хозяйственного выноса на уровне 17 ? 88 %.

Таким образом, в лесостепной зоне и макроэлементы, и микроэлементы проявляют эффективность относительно районированных культур.

Глава VIII. Агроэкологический потенциал, особенности его реализации. Здесь рассматриваются современное состояние изученности этой проблемы, теоретические предпосылки реализации по теплообеспеченности, влагообеспеченности и содержанию элементов питания на основе множества литературных источников.

На фактическом материале сопоставляется потенциал урожайности яровой пшеницы региона по теплу, влаге и элементам питания (фосфор и калий) с учетом их содержания и коэффициентов использования (табл. 9).

Таблица 9. Уровень реализации агроэкологического потенциала по яровой пшенице

Фактор	Прогнозируемая урожайность, ц/га
	ц/га	% от тепл.	% от влаг.
Теплообеспеченность, ФАР - 1,8 млрд. ккал/га, КПД - 3 %	62,5	100	-
Влагообеспеченность, Q = 495 мм, КПД = 0,75.	43,7	67,0	100
Фактор Р2О5 (по Кирсанову/Чирикову)	40,4/31,6	64/51	92/78
Фактор К2О (по Кирсанову/Чирикову)	34,5/27,0	55/43	79/62
Средняя скользящая урожайность на 2004 год, Западное Закамье	30,0	48	69

Максимальная урожайность характеризует потенциал по теплу, минимальная урожайность - продуктивность современной пашни по данным скользящих средних на состояние 2004 г. Достигнутый уровень урожайности яровой пшеницы составляет лишь 48 % от потенциала ее теплообеспеченности, 69 % - от потенциала ее влагоообеспеченности и 74 и 87 % - от оптимального содержания подвижного фосфора и калия по методу Кирсанова.

Действительно, потенциал по теплообеспеченности урожайности яровой пшеницы показывает возможную урожайность культуры на данной территории, потенциал по влаге фиксирует эквивалентную продуктивность культуры по существующим атмосферным осадкам, а потенциал по агрохимическому состоянию характеризует возможный уровень урожаев пшеницы при улучшении степени обеспеченности почв подвижными элементами питания.

В конце этапа экстенсивного развития земледелия в Республике Татарстан урожайность яровой пшеницы была на уровне 8,0 ц/га (Давлятшин, Бакиров, 1999), а по региону она равна 9,2 ц/га. Разница между современной и экстенсивной урожайностью пшеницы равна 20,8 ц/га, что является результатом хозяйственной деятельности.

Глава IX. Динамика, темпы роста урожаев яровой пшеницы. Здесь дан ретроспективный анализ урожайности культур на основе региональных материалов (Курочкин, Муртазин, 1971; Бонитет земли и экономика, 1978; Якушкин, Васильев, Минниханов, 1997; Шарипов, 1995; Давлятшин, Бакиров, 1999, 2000 и др.). Регулирование плодородия связано с воздействием на почвенные свойства. В экстенсивном земледелии оно опирается на использование потенциального плодородия через обработку почвы. В современном земледелии возрастает роль хозяйственного фактора, применения удобрений. Соответственно, анализируется доля участия почвенного фактора, вносимых минеральных удобрений и погодных условий по материалам литературных источников по России (Стребкова, 1989), исследований, проведенных по Западному Закамью (Давлятшин, Бакиров, 2006), в США и Франции. Так, по республике 29,4 % урожая пшеницы формируется за счет естественного плодородия, а остальная часть (70,6%) - за счет агрохимикатов. Вместе с тем доля участия факторов четко дифференцируется от зонального положения почв. Доля участия почв в формировании урожая пшеницы в Кукморском районе (северная часть лесостепи) составляет 29 %, а в Аксубаевском (средняя часть лесостепи) - 54 % (Давлятшин, Бакиров, Валеев, 2001), что определяется влагообеспеченностью почв.

Отмеченные закономерности проявляются в динамике урожайности пшеницы за 1970 - 2004 годы. Обработка временного ряда методом скользящих средних, во-первых, элиминирует влияние погодных условий на формирование урожая пшеницы, во-вторых, вскрывает темпы роста урожаев в зависимости от хозяйственной деятельности, в-третьих, сопоставление скользящих средних и фактической урожайности пшеницы дает оценку агроклиматических условий конкретного года (табл. 10).

Таблица 10. Фактическая урожайность яровой пшеницы и ее скользящие средние в Западном Закамье (фрагмент)

Годы	Уф	У2	У5	У8	У11	У22
1970...	17,0	16,6	16,8	15,5	16,3	15,5
1975...	11,8	14,4	15,1	14,8	15,3	15,1
1980...	17,1	12,8	15,1	14,8	14,9	14,3
1985...	17,1	18,0	14,8	13,9	13,8	15,4
1990...	14,7	13,6	13,2	14,4	15,1	17,4
1995...	14,5	20,4	23,5	20,2	19,4	21,0
1996	26,4	31,6	21,6	20,6	21,1	21,8
1997	36,8	23,1	20,2	22,4	23,1	22,5
1998	9,4	11,6	22,1	24,1	23,8	23,3
1999	13,9	19,0	23,5	26,0	24,6	24,0
2000	24,0	28,6	23,1	26,1	25,7	24,8
2001	33,3	34,0	27,1	26,9	26,8	25,5
2002	34,8	32,1	29,7	27,8	27,9	26,3
2003	29,5	28,1	30,6	28,6	29,0	27,0
2004	26,8	26,4	32,9	29,4	30,0	27,8
Сумма	625,8	629,7	630,7	633	633	644,4
Среднее	17,9	18,0	18,0	18,1	18,1	18,4

Безусловно, динамику урожаев культур определяет уровень развития общества. Несмотря на это, имеет место колебание урожайности яровой пшеницы по всему отрезку временного ряда. Произведена оценка агроклиматических условий по фактической и относительной (фактическая/ скользящие средние, %) урожайности пшеницы. По фактической урожайности за 1970 - 2004 годы было 7 засушливых лет (урожайность 7,8 - 12,0 ц/га), относительно благоприятных - 11 (урожайность выше 18,9 ц/га), средних по агроклиматическим условиям - 17 (урожайность 12,1 - 18,9 ц/га). По относительной урожайности получены другие показатели (табл.11).

Разница между последними и начальными показателями ряда скользящих средних характеризует долю участия хозяйственного фактора в формировании урожая. Так, она равна 13,5 - 15,6 ц/га (11 - 22-летние шаги) за 35-летний период. Средний темп роста урожаев (по всем шагам скольжения за 35 лет, в данном случае делитель равен 34) колеблется от 40 до 65 кг в год. Для практики наибольшую ценность представляют скользящие средние с 11-летним шагом. В данном отрезке времени учитываются, как особенности природной цикличности, так и хозяйственной деятельности человека.

Таблица 11. Оценка агроклиматических условий относительно яровой пшеницы (фактическая урожайность в % от скользящих средних)

Группа	Урожай, %	Годы
11-летний шаг
I. Неблагоприятные (засушливые) годы	Менее 75% от скользящих средних	1981, 1987, 1988, 1989, 1995, 1998, 1999 (7лет)
II. Средние (сельско-хозяйственные) годы	76-120 % от скользящих средних	1970, 1971, 1972, 1973, 1974, 1975, 1976, 1977, 1978, 1979, 1980, 1984, 1990, 1991, 1993, 1994, 2000, 2003, 2004 (21 год)
III. Благоприятные годы (относительно влажные)	Более 120 % от скользящих средних	1982, 1985, 1986, 1996, 1997, 2001, 2002 (7 лет)

Отмеченные выше закономерности отражают расчеты, приведенные в табл.12. Темпы роста урожаев яровой пшеницы по 11-летнему ряду изменяются от 14 до 166 кг/год, а по 22-летнему шагу - от 12 до 75 кг/г. Наибольшие показатели приходятся на 1990-2000 годы, а наименьшие (отрицательные) характеризуют начальный десятилетний период - 1970 - 1980 годы, что, видимо, связано с многолетней климатической цикличностью, несмотря на улучшение агрохимического состояния пахотных почв в этот период. Высокие темпы роста за 1980 - 1990 гг. обусловлены улучшением калийного и особенно фосфатного потенциала пахотных почв. Усредненные темпы роста урожая для 11-летнего ряда составляют 40 кг/г, для 22-летнего - 37 кг/г, что реально отражает поступательное движение получения устойчивых и высоких урожаев зерновых культур в условиях средней части лесостепной зоны, подтверждая возможность их использования для расчетов прогнозных показателей.

Таблица 12. Темпы роста урожайности яровой пшеницы

Период	Урожайность, ц/га	Прирост, ц/га	Темпы роста, кг/год
11-летний шаг
1970	1980	16,3	14,9	? 1,4	? 14
1980	1990	14,9	15,1	0,2	2
1990	2000	15,1	25,7	16,6	166
2000	2004	25,7	30,0	4,3	108
1970	2004	16,3	30,0	13,7	40
1957	2004	10,5	30,0	19,5	41
22-летний шаг
1970	1980	15,5	14,3	? 1,2	? 12
1980	1990	14,3	17,4	3,1	31
1990	2000	17,4	24,8	7,4	74
2000	2004	24,8	27,8	3,0	75
1970	2004	15,5	27,8	12,3	36
1957	2004	10,5	27,8	17,3	37

Глава X. Оценка современного состояния земледелия. Анализируются теоретические предпосылки устойчивого экологического земледелия на основе поочередной оптимизации почвенных свойств (динамичных, устойчивых и фундаментальных) и практические шаги по его реализации.

По материалам урожайности яровой пшеницы и использованных органических и минеральных агрохимикатов рассчитан баланс макроэлементов. По Западному Закамью баланс имеет положительный показатель. При этом фосфор и азот имеют выраженный положительный показатель, а калий ? отрицательный знак (табл. 13).

Таблица 13. Баланс элементов питания под яровой пшеницей в Западном Закамье за 1974 - 2004 гг.

Показатель	Подвижные элементы питания	Всего
	азот	фосфор	калий
Приходная статья баланса, кг д.в.
Минеральные удобрения, 64,8 кг д.в.	32,4	19,44	12,96	64,8
Органические удобрения, 2,93 т	14,65	7,32	17,58	39,55
Осадки, фиксация микроорг. и др.	25	-	-	25
Всего	72,05	26,76	30,54	129,35
Расходная часть, кг д.в.
Урожай - 16,07 ц	56,24	19,28	40,18	115,70
Баланс +, ?	+15,81	+7,48	? 9,64	+13,65

Примечание: минеральные удобрения по соотношению N:Р:К=50:30:20. Тонна навоза КРС в среднем содержит 5 кг азота, 2,5 кг фосфора и 6,0 кг калия (Зиганшин и др., 1990).

Результаты баланса теоретически обосновывают изменение степени обеспеченности пахотных почв относительно содержания подвижных форм фосфора и калия, для фосфора наблюдается заметное повышение, для калия - небольшое уменьшение. В последние 7 - 8 лет баланс элементов питания имеет отрицательные показатели по NPK, что уже определило тенденцию уменьшения содержания подвижного фосфора и калия в пахотных почвах.

По объему использованных удобрений и урожайности яровой пшеницы даны результаты расчета их окупаемости. Теоретической предпосылкой расчета окупаемости и связи между содержанием фосфора, калия, урожайностью пшеницы является то, что макроэлементы входят в структурные компоненты органических соединений, носителей фундаментальных функций в растениях (Ильин, 1985), а соотношение макроэлементов, особенно в репродуктивных органах, постоянное и имеет низкую степень вариабельности.

Схему расчета представляет матрица скользящей средней урожайности яровой пшеницы за 1970 - 2004 годы. Контрольную урожайность пшеницы представляет скользящая средняя урожайность пшеницы 1973 года (У₁₁). По разнице общей валовой и контрольной продукции получена прибавка урожайности. Окупаемость удобрений рассчитана с учетом д.в. минеральных, органических удобрений (табл. 14). За исключением Спасского, все районы имеют положительные показатели окупаемости. Для Западного Закамья она равна 2,63 кг зерна на 1 кг д.в. NPK.

Таблица 14. Прирост валового сбора и окупаемость удобрений (кг зерна /кг д.в.) по яровой пшенице в Западном Закамье

Район	Прирост урожая	Мин. уд., кг д.в.	Навоз, кг д.в.	Всего, кг д.в.	Окупаемость, кг/д.в.
За 1974-2004 годы
Аксубаевский	5260	2004,3	1313,5	3317,8	1,58
Алексеевский	790	1641,6	1156,9	2798,5	0,28
Алькеевский	4550	2003,5	1082,7	3086,2	1,47
Н.-Шешминский	280	1703,1	1066,5	2769,6	0,10
Нурлатский	21400	2803,6	1367,5	4171,1	5,13
Спасский	-450	1561,0	1118,4	2679,4	-0,17
Черемшанский	17600	2597,7	1518,7	4116,4	4,28
Чистопольский	13720	1765,8	1173,1	2938,9	4,24
Западное Закамье	8520	2010,0	1224,7	3234,7	2,63
За 1994-2004 годы
Алексеевский	7230	725,8	249,8	975,6	7,4
Алькеевский	1470	544,6	190,4	745,0	2,0
Аксубаевский	4490	536,5	108,0	644,5	7,0
Н.-Шешминский	2930	430,6	168,8	599,4	4,9
Нурлатский	18250	1130,1	297,0	1427,1	12,8
Спасский	4350	532,0	264,5	796,5	5,5
Черемшанский	17940	965,2	348,3	1313,5	13,7
Чистопольский	4440	602,3	263,2	865,5	5,1
Западное Закамье	7800	684,6	230,3	914,9	8,5

Отдельно рассчитана окупаемость удобрений урожаем яровой пшеницы за последние 11 лет (1994-2004 годы). 1 кг д.в. NPK удобрений дает дополнительно от 2,0 (Алькеевский район) до 13,7 кг зерна яровой пшеницы. Повышение окупаемости удобрений наблюдается на фоне улучшения агрохимического состояния пахотных почв, с одной стороны, и изменения агроклиматических условий в сторону увлажнения за последние годы, - с другой.