Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Эколого-экономическая эффективность системы лесных полос в ландшафтном земледелии Центрального Черноземья

06.01.01 - общее земледелие, растениеводство

Линков Сергей Александрович

РАМОНЬ 2013

Работа выполнена на кафедре земледелия и агрохимии ФГБОУ ВПО «Белгородская государственная сельскохозяйственная академия имени В.Я. Горина» в 2004-2007 гг.

Научный руководитель: Котлярова Екатерина Геннадьевна

доктор сельскохозяйственных наук, ФГБОУ ВПО «Белгородская ГСХА им. В.Я. Горина» профессор кафедры земледелия и агрохимии

Официальные оппоненты:

Ведущая организация: Боронтов Олег Константинович

доктор сельскохозяйственных наук, ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свеклы имени А.Л. Мазлумова» Россельхозакадемии, лаборатория агротехники и севооборотов, заведующий лабораторией

Чернявских Владимир Иванович доктор сельскохозяйственных наук, Ботанический сад НИУ «БелГУ», старший научный сотрудник

ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт земледелия и защиты почв от эрозии» Россельхозакадемии

Защита состоится « 13 » декабря 2013 г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д 006.065.01 при Государственном научном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свеклы имени А.Л. Мазлумова» РАСХН по адресу: 396030, Воронежская область, Рамонский район, п. ВНИИСС, д. 86; тел./факс (47340) 5-33-26;

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГНУ ВНИИСС.

Автореферат разослан и размещен на сайте gnuvniiss.narod.ru

«06» ноября 2013 г., на сайте ВАК Минобрнауки РФ vak2.ed.gov.ru

«06» ноября 2013 г.

Ученый секретарь Стогниенко

диссертационного совета, Ольга Ивановна

кандидат биологических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

лесонасаждение агрохимический ландшафтный черноземный

Актуальность темы. В настоящее время почвенный покров, да и биосфера в целом, находится под влиянием мощного антропогенного воздействия, в связи с чем почвы теряют плодородие значительными темпами. Одной из главных причин деградации земель является интенсивное развитие эрозионных процессов, особенно в условиях сложного склонового рельефа.

Современное состояние агроландшафтов и, в особенности, почвенного покрова, вызывает необходимость глубокого освоения ландшафтных систем земледелия. Масштаб проблемы требует повышения эффективности использования средств. Одними только противоэрозионными агротехническими мероприятиями, как считают некоторые исследователи, эту проблему вряд ли удастся решить. Необходим весь комплекс почвозащитных мероприятий, особое место в котором занимает система защитных насаждений, выполняющих не только мелиоративные, но и организационные функции в агроландшафтах.

Оценить эколого-экономическую эффективность лесных полос позволяет созданный под руководством академика РАСХН О.Г. Котляровой научно-производственный объект в Красногвардейском районе Белгородской области, где на территории более 130 тыс. га создана завершенная система защитных лесных насаждений.

Цель исследований - оценить влияние системы защитных лесных насаждений на экологическую устойчивость и продуктивность агроландшафтов хозяйств Красногвардейского района Белгородской области.

Основные задачи исследований:

1. Определить эффективность систем защитных лесных насаждений, как элемента ландшафтных систем земледелия, в условиях склонового эрозионно-опасного рельефа.

2. Оценить влияние лесных полос на элементы водного режима склоновых земель.

3. Изучить влияние системы защитных лесонасаждений на агрохимические показатели плодородия почв.

4. Оценить влияние системы лесных полос на урожайность и качество продукции, биологическую емкость и продуктивность агроландшафтов.

5. Изучить влияние экологического каркаса ландшафтных систем земледелия на развитие и распространение живых систем.

6. Определить экономическую эффективность почвозащитного комплекса преобразованных агроландшафтов.

Научная новизна работы. Впервые в Центрально-Черноземном регионе России доказана перспективность использования системы лесных насаждений для повышения продуктивности сельскохозяйственных культур, сохранения плодородия почв, расширения биологического разнообразия, равномерного распределения осадков в условиях сложного эрозионно-опасного рельефа. Выявлены закономерности влияния систем лесных полос на экологическую устойчивость и продуктивность агроландшафтов в целом.

Установлено, что в системе лесных полос приостанавливается процесс подщелачивания черноземов карбонатных и происходит повышение в них содержания органического вещества.

Практическая значимость работы. Определение эффективности систем лесных полос, как экологического каркаса ландшафтных систем земледелия, в Красногвардейском районе, имевшем наиболее интенсивное проявление эрозионных процессов, позволит успешно использовать их в агроландшафтах других районов Белгородской области и Центрального Черноземья в целом. Было установлено влияние системы полезащитных лесных насаждений на сохранение влаги, восстановление плодородия, повышение устойчивости развития живых систем.

Полученные результаты имеют практическое значение для разработки и совершенствования программ по сохранению плодородия почв и повышения эффективности сельскохозяйственного производства. Выполненная работа доказала высокую эффективность системы лесных полос, созданной в Красногвардейском районе Белгородской области.

Положения, выносимые на защиту:

1. Создание системы лесных полос позволяет даже в сложных рельефных условиях на сильно эродированных почвах эффективно предотвращать развитие эрозионных процессов и восстанавливать плодородие почв.

2. Лесные полосы на склонах способствуют равномерному накоплению и распределению снега на прилегающих полях, сохранению влаги в почве.

3. Освоение системы лесных полос позволяет повысить продуктивность отдельных сельскохозяйственных культур и агроландшафтов в целом.

4. Лесные полосы являются фактором расширения видового разнообразия растительности и местообитаниями энтомофагов, контролирующих численность фитофагов на межполосном пространстве.

5. Создание системы защитных лесных насаждений экономически целесообразно в сложившихся условиях рыночной экономики.

Личный вклад автора. При выполнении диссертационной работы автор принимал активное участие в разработке методики исследований, в соответствии с которой провел полевые и лабораторные исследования, выполнил научный анализ полученных данных.

Апробация работы. Результаты проведенных исследований докладывались соискателем и получили одобрения на научно-производственных конференциях различного уровня: Белгородская ГСХА (2004-2013); Великие Луки (2007); Курск (2008, 2010); на заседаниях кафедры земледелия и агрохимии, на заседаниях совета агрономического факультета Белгородской ГСХА (2004, 2005, 2006, 2008, 2010, 2012, 2013).

Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 17 научных работ, в том числе 4 - в ведущих рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 147 страницах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав, выводов, предложений производству, списка использованной литературы, включающего 338 источников, в том числе 12 иностранных. Работа содержит 31 таблицу, 4 рисунка и 3 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В обзоре литературы выполнен анализ отечественных и иностранных публикаций о влиянии системы лесных полос на различные компоненты агроландшафтов и, в особенности, на почвенный покров (Докучаев, 1948,1950; Заславский, 1987; Каштанов, 1988, 2008; Котлярова, 1995, 2006; Черкасов, 1999, 2001; Кузнецов, 2004; Кулик, Павловский, 2008 и др.).

Отмечено, что в связи с многогранной мелиоративной ролью лесных полос возникает необходимость в проведении исследований по комплексной эколого-экономической оценке системы защитных лесных насаждений в реальных условиях хозяйствования целого административного района. Проведение таких исследований возможно благодаря широкомасштабному освоению ландшафтных систем земледелия на всей территории Красногвардейского района Белгородской области - одного из самых эродированных в ЦЧР.

ОБЪЕКТЫ, МЕТОДИКА И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводились в 2004-2007 гг. в Красногвардейском районе, где на всей площади водосборов (более 130 тыс. га) создана, начиная с 1981 года, завершенная система защитных лесных насаждений, включающая полезащитные, водорегулирующие, приовражно-балочные лесные полосы и сплошное облесение бросовых и нарушенных земель.

Изучение плодородия почв проводили на двух модельных объектах. Первый объект - полигон «Красногвардейский» (территория ОАО «Засосенская нива») охватывал водораздел, а также склоны южной и северной экспозиции крутизной от 1 до 8о. Почва - чернозем остаточно-карбонатный различной степени смытости. На данном маршруте расположено 6 полей и 7 лесных полос, а также имеется участок склона с естественной растительностью. Здесь было заложено 42 реперных участка: по 3 на каждом межполосном пространстве (в центре и в 15 м от северной и южной границ полей) и в лесных полосах (на опушках и в центре). На данном полигоне, помимо показателей продуктивности агроценозов, проводилось изучение закономерностей распределения снега и влагонакопления, развития и распространения флоро- и энтомокомплексов в системе лесных полос.

На модельном объекте «Репный лог» (территория ООО «Элитное») были закреплены 8 реперных участков, из которых один был расположен в равнинных условиях на несмытых почвах (он был взят за контроль), а остальные на разных участках склона 1-4о южной экспозиции. Почвенный покров представлен черноземами выщелоченным и типичными карбонатными различной степени смытости.

Агротехника возделывания на обоих объектах - общепринятая для зоны.

Для сравнительного анализа урожайности сельскохозяйственных культур трех районов юго-восточной части Белгородской области - Красногвардейского, с освоением ландшафтных систем земледелия на всей площади, а также Вейделевского и Валуйского, где ландшафтные системы осваивались только в отдельных хозяйствах, использовались данные ежегодных статистических сборников Департамента АПК Белгородской области (Форма 29).

В ходе исследований на обоих объектах все наблюдения, учеты и анализы проводились согласно общепринятым методикам. Влажность почвы определяли термостатно-весовым методом до глубины 100 см, через каждые 10 см перед уборкой урожая, а также до и после таяния снега в трехкратной повторности. Плотность почвы определяли методом режущего кольца до глубины 100 см через каждые 10 см (Доспехов, 1987).

Плодородие почв оценивали по следующим показателям: содержание гумуса - согласно ГОСТу 26213-91, легкогидролизуемый азот - по Корнфилду, подвижный фосфор и обменный калий - по Чирикову ГОСТ 26204-91 (в карбонатных почвах - по методу Мачигина), рН солевой вытяжки по методу ЦИНАО (ГОСТ 26483-85), сумма поглощенных оснований - по методу Каппена-Гильковица (ГОСТ 27821-88).

Учет биологической и хозяйственной продуктивности ландшафтов проводили на учетных площадках размером 1 м2 в трехкратной повторности по каждому реперному участку. В растительных образцах определяли следующие показатели: азот (ГОСТ 13496.4-93), фосфор (ГОСТ Р. 51420-99), калий (ГОСТ 30504-97), белок (ГОСТ 50817-95).

Для изучения параметров водного режима определяли глубину промерзания почвы, высоту снежного покрова, плотность снега и запасы воды в снеге в зимний период; в весенний период - прибавку влаги в почве за счет таяния снега.

Видовое разнообразие растительности оценивали по стандартной методике геоботанического обследования, на площадках по 100 м2. Учет численности и видового разнообразия энтомофауны проводили путем кошения стандартным энтомологическим сачком - по 10 взмахов (3 м2) в трехкратной повторности, с дальнейшим определением обнаруженных экземпляров (Палий, 1970).

Математическая обработка результатов исследований проводилась методом дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову (1985), также для выполнения расчетов применялся редактор Microsoft Excel 2003.

Оценка экономической эффективности проводилась в соответствии с «Нормативами для определения экономической эффективности защиты почв от эрозии» (1985).

Погодные условия, сложившиеся в годы исследований, в целом были близки к типичным для восточных районов Белгородской области. Однако лето 2005 года было достаточно засушливым, а зима 2004-2005 года - теплой и малоснежной. В то время как зима 2005-2006 гг., напротив, была рекордно холодной и продолжительной, с очень мощным снежным покровом. Зима 2006-2007 гг. была типичной для нашей зоны. Таким образом, исследования охватили годы с различными погодными условиями.

ВЛИЯНИЕ ЛЕСНЫХ ПОЛОС НА ЗАПАСЫ ВЛАГИ И АГРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ

Распределение снега, сток талых вод и запасы влаги в почве под влиянием лесных полос. Исследования по изучению накопления и распределения зимних осадков в агроландшафтах с лесными полосами проводились на полигоне «Красногвардейский». Было установлено, что по запасам снега, влагонакоплению и показателям стока преимущество имеет северный склон. Высота снежного покрова на полях склона северной экспозиции в среднем была в 1,5 раза больше, запасы воды в снеге больше на 18-30%, коэффициент стока на склоне северной экспозиции составил 0,25, в то время как на склоне южной экспозиции - 0,45. Это вполне объяснимо в условиях нашей зоны, где южные и юго-восточные склоны являются ветроударными с экстремальными гидротермическими условиями. В лесных полосах коэффициент стока был несколько меньше, чем на полях - 0,25 против 0,34. Высота снежного покрова на склоне южной экспозиции в целом была в 1,5 раза меньше, по запасам воды в снеге на обоих склонах различия также заметные - на склоне северной экспозиции они больше на 18-30% (табл. 1).

Таблица 1 - Накопление влаги в метровом слое почвы в период таяния снега (полигон «Красногвардейский», в среднем за 2004-2007 гг.)

* включая участок естественной растительности

В 15-ти-метровой зоне к северу от лесных полос высота снежного покрова в среднем за годы наблюдений составила 32 см, в то время как в центральных частях поля и в 15 м к югу от лесных полос она была одинаковой - 30 см. В условиях сложного рельефа лесные полосы способствовали снижению потерь влаги на сток, который составил на полях в среднем 35 мм, что лишь немногим больше аналогичного показателя в лесных полосах - 30 мм. В результате запасы влаги в почве полей полярных склонов после таяния снега выравнивались и составляли 249-276 мм (рис. 1).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таким образом, система полезащитных лесных полос оказывает значительное влияние на равномерное распределение и накопление в межполосном пространстве снега и сохранение влаги в почве.

Изменение содержания гумуса и кислотности почв под воздействием системы лесных полос. По мере создания системы лесных полос смыв почвы практически прекратился, что доказано исследованиями, проведенными на объекте «Репный лог» (СПК «им. Ленина», с 2004 г. - ООО «Элитное»), на котором сотрудниками кафедры земледелия и агрохимии Белгородской ГСХА под руководством О.Г. Котляровой в 1993 г. были закреплены реперные точки. Изучались черноземы выщелоченные, типичные и черноземы типичные карбонатные различной степени смытости, расположенные в разных частях склона южной экспозиции.

В 2004 году по тем же реперным участкам произведено повторное агрохимическое обследование. В среднем по реперным участкам за 11-летний период произошло увеличение содержание гумуса на 0,19 % в пахотном слое - с 4,39 в 1993 до 4,58 % в 2004 г.; в подпахотном - на 0,27% - с 3,89 до 4,16% соответственно (табл. 2).

Таблица 2 - Изменение содержания гумуса и кислотности почвы в пахотном (0-20 см) и подпахотном (20-40 см) слоях на объекте «Репный лог»

X - среднее арифметическое, Sx - стандартное отклонение, V, % - коффициент вариации.

* - Котлярова, 2004

Снижение содержания гумуса как в пахотном, так и в подпахотном слоях, соответственно на 0,29 и 0,44 %, на реперном участке №6, расположенном в равнинных условиях, связано с интенсивным выносом высокопродуктивными культурами элементов питания, который не компенсировался внесением органических и минеральных удобрений в эти годы.

На смытых почвах вынос элементов питания выращиваемыми там культурами травопольного севооборота ввиду несколько меньшей, чем на равнине, урожайности, был ниже. Вместе с сокращением потерь почвы за счет снижения интенсивности эрозионных процессов это позволило не только стабилизировать уровень плодородия этих почв, но и добиться некоторого увеличения запасов гумуса (участки 1-5) - от 0,6 до 10,6 % от исходного содержания в 1993 году (табл. 3).

Таблица 3 - Изменение запасов гумуса в пахотном и подпахотном слоях почвы (0-40 см) на объекте «Репный лог» за период с 1993 по 2004 гг., т/га

В результате развития эрозионных процессов на карбонатных почвах происходит их подщелачивание. В 1993 году в пахотном и подпахотном слоях рН достигал величины от 6,94 до 8,31. Сокращение же эрозионных процессов и восстановление плодородия почв обусловило смещение реакции среды почв к нейтральной. В тех же слоях почвы в 2004 году показатель рН находился в пределах от 6,37 до 7,44. Что свидетельствует об окультуривании карбонатных почв объекта, характерных для юго-востока Белгородской области.

Таким образом, создание системы защитных лесных насаждений и их развитие с течением времени приводит к предотвращению эрозионных потерь и восстановлению плодородия эродированных почв.

Влияние лесных полос на содержание гумуса и элементов питания в зависимости от рельефных условий. Изучение влияния рельефных условий на содержание гумуса и элементов питания в системах лесных полос проводили на полигоне «Красногвардейский». Объект включает склоны южной и северной экспозиции значительной крутизны и перепад высот более 50 м.