Научно-практические разработки в области экологии АПК

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Научно-практические разработки в области экологии АПК

Миненко А.К.

«ВНИИ Агроэкоинформ»

Аннотация

Проведен обзор публикаций последних лет по вопросам сложившегося экологического состояния земель сельскохозяйственного назначения. Рассмотрены как общие вопросы экологии и землепользования в АПК, так и влияние отдельных приемов технологий на улучшение свойств почвы в рамках зонального земледелия.

Ключевые слова: ПЛОДОРОДИЕ, ЭКОЛОГИЯ, АПК, ЗЕМЛЕДЕЛИЕ, АГРОЦЕНОЗЫ, ТЕХНОЛОГИИ, ЛАНДШАФТЫ, МЕЛИОРАЦИЯ, УДОБРЕНИЯ, ИЗВЕСТКОВАНИЕ

Введение

Период интенсификации сельского хозяйства, усиливший антропогенное воздействие на окружающую среду за счет химизации, механизации, сопровождался ростом «давления» на природные комплексы, приводящего к ухудшению их состояния. В последние 18 лет в результате резко изменившихся условий землевладения и землепользования в сельском хозяйстве происходит противоположный процесс: деинтенсификация. Такие резкие колебания антропогенного воздействия на природную среду стали действенным экологическим фактором, способным влиять, в зависимости от уровня техногенной нагрузки, на уровень возможности разрушения экосистем и снижение биоразнообразия.

Эффективность охраны природы зависит в настоящее время от экологического предвидения землепользователя, его умения увязывать вопросы развития производства с природоохранными задачами АПК. Появилась необходимость «экологизации» сельскохозяйственного производства как целенаправленного перехода от технократической политики к максимальному задействованию природного агроэкологического потенциала биологических факторов продуктивности растений и животных. В связи с этим сельскохозяйственная наука по вопросам биологизации и экологизации стала ориентироваться на разработку дифференцированного использования природных биологических ресурсов, конструирование полноценных агроэкосистем и агроэколандшафтов и др. При разработке биологического земледелия необходимо учитывать и уже имеющийся научный потенциал технологий, адаптированных для экологического сельского хозяйства.В настоящем сообщении рассмотрены некоторые публикации последних лет ряда НИИ и учебных институтов сельскохозяйственного профиля по вопросам, имеющим отношение к проблемам экологии в АПК, сгруппированные по основным зонам землепользования европейской части страны.

Общие вопросы сельскохозяйственной экологии

В России приоритет в постановке проблемы сохранения почв от всех видов деградации принадлежит выдающемуся ученому-почвоведу В.В.Докучаеву, еще в 1892 г. показавшему губительные последствия для черноземов массовой вырубки лесов и распашки земель на юге страны. В качестве альтернативы разрушительному земледелию он разработал и реализовал на практике в Каменной Степи модель устойчивого, экологически безопасного ведения сельского хозяйства.

Как отмечает академик РАСХН А.Н.Каштанов /1/, эти работы были продолжены и к 70-80 гг. прошлого века внедрены на площади около 60 млн. га, что позволило в значительной мере повысить продуктивность и устойчивость земледелия.

Однако в настоящее время отсутствует ранее отлаженная государственная землеустроительная служба, ликвидированы Государственный НИИ земельных ресурсов, мощная система «Росгипроземпроект», преданы забвению генеральные схемы противоэрозионных мероприятий. В Министерстве сельского хозяйства, как отмечает академик, нет даже мелкого структурного подразделения, которое бы занималось проблемами использования и охраны земельных ресурсов страны, при том, что происходит запустение огромных территорий.

В заключение А.Н.Каштанов справедливо считает необходимым осуществление крупных и эффективных мер по предотвращению разрушения земельного фонда России.

В МГУ природообустройства разработана методология обоснования эффективного комплексных мелиораций в агроландшафтах /2/, которая позволяет учитывать основные средообразующие, хозяйственные и социально-экономические факторы; оптимизировать комплекс мероприятий, включающих агролесотехнические, гидротехнические, агрохимические и другие виды мелиораций; определять пределы антропогенной нагрузки на ландшафты; выявлять рациональное соотношение орошаемых и богарных земель, а также выбирать оптимальную структуру посевных площадей на рассматриваемых территориях.

Главной задачей новых систем земледелия определена разработка требований природной среды к биоте и биогеохимическим круговоротам веществ, обусловливающим в совокупности стабильность природных ландшафтов и высокую эффективность агроландшафтов.

Разработаны предложения по совершенствованию государственного регулирования привлечения финансовых ресурсов в развитие ресурсосберегающих технологий в сельском хозяйстве, которые потребуют внесения поправок в действующее законодательство и разработки новых нормативно-правовых актов, повышающих инвестиционную привлекательность агропромышленного комплекса.

В Агрофизическом НИИ, констатируя, что на всех этапах культурного земледелия оперативные решения о выполнении различных агротехнических операций (АТО) всегда принимались без достаточно полной информации о параметрах сред обитания растений (гравитационной, световой, воздушной, корневой, биогенной), характеристиках состояния растений в процессе роста и развития и последствиях антропогенного загрязнения природной среды, пришли к заключению о необходимости перехода от этого этапа культурного земледелия на более высокую ступень развития - этапу управляемого земледелия /3/. Его методологической основой служит адаптивно-ландшафтный подход, обеспечивающий воспроизводство почвенного плодородия, высокую продуктивность и устойчивость сельского хозяйства к неблагоприятным условиям среды.

В отличие от системы РАОС (Растение - Агроном - Окружающая среда), выполняющей АТО на этапе культурного земледелия, управляемое земледелие реализуется системой Растение - Интеллектуальный блок - Окружающая среда (система РИБОС). В этой системе изложенные функции выполняются непосредственно не агрономом, а заменяющим его Интеллектуальным блоком (ИБ) - посредником между растением и окружающей средой, взаимодействующим с ними, но не влияющим на процессы жизнедеятельности растений и значения параметров среды обитания. В функции ИБ входит организация работы физико-технического базиса (ФТБ) управляемого земледелия, в том числе автоматизированное выполнение ряда операций: управление оригинальной физической аппаратурой и технологическими агрегатами для реализации операций агротехнического цикла (АТЦ), измерение первичных сигналов информации о параметрах среды обитания и состояния растений в процессе роста и развития и др.

Таким образом, переход к управляемому земледелию может быть осуществлен путем создания соответствующего ФТБ в виде мобильной системы автоматизированного анализа состояния среды обитания растений и выработки оперативных решений по автоматизированному управлению техническими агрегатами при выполнении ими агротехнических операций.

Ряд институтов рекомендуют производству применять новые препараты. Так, Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К.Скрябина и фирма ООО НПФ «Альбит» разработали препарат Альбит, способность которого обеспечивать высокую урожайность в условиях засухи обусловлена не только индукцией собственно биохимических механизмов засухоустойчивости (жаростойкость, влагоудерживающая способность), но и стимулированием формирования более мощной корневой системы /4/. Это свойство альбита было подтверждено на практике на различных сельскохозяйственных культурах (зерновые, сахарная свекла, зернобобовые, подсолнечник, овощные). Так, например, в хозяйствах Краснодарского края в засушливом 2003 году при использовании альбита удалось получить высокие урожаи зерновых (50-70 ц/га) - на уровне 2002 года с нормальным увлажнением.

Также было установлено, что препарат повышает устойчивость растений и к другим стрессам (перепады температуры, заморозки, избыточное увлажнение, химический стресс при использовании пестицидов и т.д.).

В МГУ проведена агрохимическая оценка ресурсов известковых удобрений, выявившая резкое падение производства известняковой муки и ограниченность использования рыхлых природных карбонатных пород (туф, гажа, мергель и др.) из-за локальности и небольших (хотя многочисленных) запасов этих месторождений /5/. В настоящее время применение известковых удобрений упало более чем в 20 раз, баланс кальция в земледелии стал резко отрицательным, и выявлена устойчивая тенденция повышения кислотности почв. Поэтому в ассортименте известковых удобрений необходимо резко увеличить долю известьсодержащих отходов промышленности.

Ряд химических комбинатов при производстве основной продукции (ортофосфорная кислота, аммиачная селитра) в качестве отхода получают мел (карбонат кальция конверсионный, или ККК). В исследованиях ряда институтов установлено, что по характеру действия на кислотность почвы и ее поглотительную способность ККК не отличается от известняковой муки, что подтверждает его пригодность для использования в качестве мелиоранта.

Важная тема затронута в Башкирском ГАУ - лишь 26% студентов старших курсов собирались работать на сельскохозяйственных предприятиях, что ставит под угрозу осуществление научных разработок по охране окружающей среды в АПК /6/. Причина - низкий уровень оплаты труда, недостаточное количество рабочих мест на сельскохозяйственных и агропромышленных предприятиях. В Республике разработаны специальные меры, направленные на создание квалифицированного кадрового резерва для аграрного сектора.

Центральная часть Нечерноземной зоны

Устойчивость агроценозов дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы при длительном применении органических и минеральных удобрений изучалась в 21-летнем полевом опыте (Смоленская область) ВНИИ агрохимии им. Д.Н.Прянишникова и Смоленским НИИСХ /7/. В зернотравянопропашном севообороте среднегодовые дозы в течение трех ротаций севооборота составляли (кг/га): при внесении навоза - N₄₅P₂₀K₆₀, минеральных удобрений - N₈₀P₈₀K₈₀, при органо-минеральной системе - N₁₂₅P₁₀₀K₁₄₀ (вариант 1) и N₂₁₀P₁₆₅K₂₃₀ (вариант 2).

Получены следующие результаты. Основной вывод - наиболее благоприятной для сохранения экологической устойчивости следует считать органо-минеральную систему с умеренной дозой минеральных удобрений (вариант 1). Эта система вместе с минеральной обеспечивали наибольший сбор кормовых единиц. Удобрения повысили в почве по сравнению с залежью содержание фосфора и калия, уменьшили величину pH. В результате длительного применения удобрений в почве всех вариантов формировался бездефицитный баланс гумуса, а повышение коэффициента минерализации свидетельствовало об усилении активизации почвенной микрофлоры и изменениях в структуре и функционировании микробоценоза.

Последействия многолетнего внесения животноводческих стоков (КРС) на свойства и плодородие дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы изучались в Российском университете дружбы народов /8/ в производственных условиях на полях орошения племсовхоза «Наро-Осаново» (Московская область). Исследовались участки, в которые стоки вносили в течение 1-3, 10, 20 лет (ежегодно со стоками вносили N₂₄₀P₁₂₀K₃₀₀). После отстаивания в накопителях в них содержались 800 мг/л общего азота (в т. ч. 75% аммиачного), 400 мг/л фосфора и 1000 мг/л калия. Содержание микроэлементов и тяжелых металлов не превышало ПДК, отсутствовала патогенная микрофлора.

Внесение стоков значительно повышало в почве содержание гумуса и подвижных питательных элементов, улучшало физико-химические свойства. Рекомендовано для повышения плодородия дерново-подзолистых почв животноводческие стоки (КРС) вносить в начале вегетации трав в норме 150 м³/га (120 кг/га азота) и в такой же норме после первого укоса. Особенно эффективно многолетнее внесение стоков на землях, подлежащих рекультивации, а также на малопродуктивных почвах.

Во ВНИИ картофельного хозяйства (Московская область) разработаны элементы ресурсосберегающей технологии возделывания картофеля на дерново-слабоподзолистой почве, сочетающие использование мелиорантов (доломитовой муки, металлургического шлака) и сидератов (донника однолетнего, люпина однолетнего) /9/. После известкования кислотность почвы стала близкой к нейтральной (исходный pH 4,70-5,46). Люпин слабо реагировал на известкование, донник же на фоне доломитовой муки повышал свою биомассу на 140-150 ц/га и на фоне металлургического шлака на 80 ц/га (урожайность на контроле 350 ц/га). Запашка сидератов привела на следующий год перед посадкой картофеля к повышению содержания в почве фосфора и калия. Прибавка урожая картофеля от запашки донника составила 4,2 т/га, от запашки люпина - 3,7 т/га и была близкой у обоих мелиорантов к неизвесткованному контролю - 4,0-4,2 т/га.

Обобщение экологического состояния пахотных дерново-подзолистых почв Северо-Запада России, проведенное Великолукской ГСХА и ФГУ Станцией агрохимической службы «Великолукская» в Псковской, Новгородской и Калининградской областях свидетельствует в целом о благополучной ситуации с запасами ТМ в почвах сельскохозяйственного назначения /10/. Минимальные показатели свойственны Псковской области, где преобладают легкие почвы. Здесь в сравнении с Новгородской, где доминируют тяжелые разновидности, содержание подвижных соединений цинка и меди в 3,4 и 8,5 раз меньше. Исследования на реперных участках показали, что в пределах Северо-Запада России пахотные почвы характеризуются низким содержанием большинства элементов из группы ТМ (медь, цинк, кадмий, свинец, никель), многократно уступающим ПДК. Сделан вывод, что подавляющее большинство пахотных почв региона можно использовать по прямому назначению без ограничений экологического характера.

В Тверском ВНИИ сельскохозяйственного использования мелиорированных земель проведено исследование формирования продуктивности бобово-злаковой 5-компонентной травосмеси (люцерна, клевер, тимофеевка, овсяница, райграс) в условиях агроландшафтов Нечерноземной зоны /11/. Формирование продуктивности исследовано в пределах различных геохимических агромикроландшафтов (АМЛ) на вершине холма и склонах. Так, например, в среднем за 5 лет максимальным содержанием бобового компонента характеризовался транзитно-аккумулятивный агромикроландшафт северного склона (33,3% люцерны и 7% клевера). Содержание сырого протеина в абсолютно сухой массе колебалось от 14 до 19 % (лучший показатель на 2-й год опыта). Возделывание травосмеси повысило содержание в почве фосфора, калия, гумуса. Отмечается более высокая продуктивность травосмеси на склонах северной экспозиции, а также в понижениях рельефа, где складываются оптимальные водно-воздушные и питательные режимы почвы. Исследование позволило выявить экологически однородные участки и создать основу для организации устойчивого производства кормов в сложных ландшафтных условиях региона.

При повышении окультуренности дерново-подзолистых почв важно знать, в течение какого периода создаваемая высокоплодородная почва сможет обеспечивать получение высоких урожаев. Поэтому особенно ценны результаты многолетних полевых опытов, среди которых и заложенный в 1950 г. в агробиостанции МГУ «Чашниково» на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве /12/. Исследование проводили на трех фонах: 1 - контрольный, 2 - известкование (5 раз за 50 лет), 3 - известкование + навоз (90 т/га за ротацию четырехпольного севооборота, 3 раза); дозы минеральных удобрений менялись, а всего за 41 год внесено: N - 3980, P₂O₅ - 3320 и K₂O - 4200 кг/га (рассмотрены три варианта: 0, NK, NPK).

Исследование показало, что длительное применение системы органических и минеральных удобрений в сочетании с периодическим известкованием может создать оптимальные параметры плодородия исследуемой почвы (гумусное состояние, кислотность, содержание фосфора и калия, продуктивность севооборотов и др.).

В настоящее время наиболее важны результаты опыта в последействие, т.е. в период деинтенсификации, а именно:

1. Произошло подкисление почвы независимо от фона удобрений, так, в 1991 г. в варианте NPK + известь pH_KCl составил 6,9, а в последействии (2000 г.) - 6,3.

2. Снизилось содержание гумуса: на фоне известкование + навоз в вариантах 0, NK, NPK гумус в почве составлял, соответственно (%): в 1987 г. - 3,10; 3,60; 3,80 и в 2000 г. - 2,97; 3,05; 3,20.

3. Снизилось содержание подвижного фосфора. На аналогичном фоне и вариантах в 1991 г. P₂O₅ содержалось (мг/100 г): 15,7; 20,5; 23,2, в 2000 г. - 14,0; 16,0; 18,2. Сделано общее заключение, что наметилось «ухудшение свойств и, в целом, плодородия почвы».

Центральная часть Черноземной зоны

Надежным методом утилизации сточных вод и их осадков, экологически и экономически перспективным, одновременно решающим проблемы охраны окружающей среды и повышения плодородия почв, является использование их в качестве удобрений. Такой вывод сделан в ГЦ агрохимической службы «Тамбовский» на основании исследования применения осадков сочных вод (ОСВ) на выщелоченном черноземе (гумус - 5,6%, P₂O₅ - 173 мг/кг и К₂О - 150 мг-кг почвы, рН - 5,05) по чистому пару в 6-польном севообороте в опыте с вариантами: контроль и дозы ОСВ - 15, 30, 45 т/га /13/.

Анализ полученных в опыте результатов дал основание для обобщающего вывода, что использование в пригородном землепользовании обеззараженных и обезвоженных ОСВ со строгим нормированием, исходя из содержания в почвах и вносимых с ОСВ элементов, при непосредственном контроле служб: агрохимической, охраны окружающей среды, гигиены и эпидемиологии, обеспечивает экологическую безопасность утилизации коммунальных отходов, сохранение плодородия почв и увеличение их продуктивности. Применение ОСВ в качестве удобрений на почвах с высоким фоновым содержанием элементов, вносимых с ОСВ, недопустимо.

Целью исследования, проведенного в Воронежском ГУ, явилось изучение содержания и закономерностей распределения тяжелых металлов (ТМ): Mn, Zn, Cu, Co, Cr, V, Ni, - в черноземах и основных культурных растениях, возделываемых в Воронежской области /14/. Объектом исследования являлись выщелоченные, типичные, обыкновенные и южные черноземы и основные возделыванные на них культуры: зерновые, технические и кормовые.

Распределение ТМ в черноземах области составляет ряд: Mn > Cr > V > Zn > Ni > Cu > Co. По сравнению с кларком почвы имели пониженное содержание Ce, V и повышенное - Zn, Co. Уровень содержания ТМ для каждого рода растений выражается рядом: подсолнечник, семена - Zn > Mn > Cu > Ni > V; картофель, клубни - Zn > Cu > Mn > Ni и др. Для многих ТМ характерна интенсивная биогенная аккумуляция в гумусовом горизонте черноземов. Подвижные соединения ТМ содержатся в черноземах в малых количествах, вследствие чего они имеют дефицит подвижных Zn и Co. Наиболее «благополучными» по содержанию ТМ в растениях, с учетом пороговых концентраций, являются Mn, Cu, реже Zn. Большинство культур имеют дефицит Со, а в некоторых культурах обнаружены только следы Cr, V, Ni.

При длительном применении высоких доз удобрений и мелиорантов на черноземах загрязнения почв и продукции тяжелыми металлами не происходит, но усиливается дефицит подвижных соединений Zn и Ca.

В процессе сельскохозяйственного производства происходят существенные изменения свойств почвы. Микроорганизмы служат тонким индикатором почвенно-биологических процессов, и поэтому изучение различных эколого-трофических групп может характеризовать интенсивность этих процессов, а также их направленность. В почвенном институте им. В.В. Докучаева /15/ исследовались микробиологические процессы в черноземной почве Каменной Степи при применении удобрений в 25-летнем агрохимическом опыте НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева. Почва высокого уровня плодородия: 115-125 мг/кг Р₂О₅, 155-165 мг/кг К₂О. Варианты: Контроль (без удобрений); N_10,5P_10,5K_10,5; N_56,5P_56,5K_56,5; целина.

Проведенное исследование показало, что высокая активность микроорганизмов практически всех исследуемых эколого-трофических групп при агрономическом использовании черноземов, особенно при повышенных дозах минеральных удобрений, говорит об интенсивности почвенных процессов. Наряду с азотфиксацией, как аэробной, так и анаэробной, наибольшей активности достигает и обратный процесс - денитрификация, что ведет к потерям азота почвой, в том числе азота гумусовых веществ. В контроле без внесения минеральных удобрений процесс анаэробной денитрификации значительно ниже, а азотфиксация идет интенсивно. Следовательно, при внесении минеральных удобрений в такую плодородную почву, как чернозем, необходимо ограничить применение азотсодержащих удобрений.

Известно негативное воздействие азотных удобрений на окружающую среду. В связи в этим актуальным становится поиск путей, способствующих увеличению доли биологического азота в питании сельскохозяйственных культур. С этой целью в Пензенском ГСА были проведены полевые опыты на выщелоченном черноземе и серой лесной почве по выявлению эффективности воздействия препарата ризоагрина на развитие и продуктивность яровой мягкой пшеницы сортов Л-503, Прохоровка, Ишеевская, Пирамида в зависимости от минеральных удобрений, известкования, уровня рН /16/.

В среднем за 4 года инокуляция семян ризоагрином обеспечила положительный эффект, однако степень действия препарата определяли сортовые особенности, известкование и предварительная удобренность. По всем фонам наибольшая эффективность инокуляции была у сорта Пирамида, затем у сортов Л-503, Ишеевская, Прохоровка. На естественном фоне инокуляция не превысила 0,05 - 0,24 т/га или 3,6 - 17,4 %. Снижение кислотности путем известкования положительно влияло на рост урожайности всех сортов при обработке семян ризоагрином. Так, у сортов Прохоровка и Пирамида он составил 0,16 и 0,35 т/га или 12,6 и 23,2 % к контролю В среднем за 4 года на фосфорно-калийном фоне даже без известкования прибавка урожая от инокуляции ризоагрином составила 0,10 - 0,24 т/га или 8,3 - 17,4 % в зависимости от сорта. Добавление азота в состав минерального питания существенно снизило эффективность ризоагрина. В засушливые годы у всех сортов достоверного влияния ризоагрина на урожайность пшеницы не отмечено, но при этом на известкованном фоне проявилась тенденция роста урожайности при применении препарата. В целом ризоагрин выполняет важную экологическую функцию на серых лесных почвах.

В Орловском ГАУ исследовалась конкурентоспособность озимой пшеницы в агрофитоценозе при разном фоне минерального питания /17/. Исследование проводили в стационарном опыте Шатиловской опытной сельскохозяйственной станции, заложенном в 1912 г. в 3-польном севообороте (пар - озимые зерновые - яровые зерновые), сравнивая эффективность суперфосфата, фосфоритной муки, навоза. С 1949 г. изучалось последействие удобрений.

В вариантах внесения суперфосфата и фосфоритной муки прослеживалось существенное увеличение количества сорняков и их массы по сравнению с контролем. Содержание подвижного фосфора на контрольных делянках составило лишь 3,6 мг/100 г (прибавок урожая зерна не было), а в вариантах последействия фосфоритной муки и ее с навозом - 5,5 - 7,4 мг/100 г (прибавка урожая зерна - 0,26 - 0,27 т/га). Возрастание урожая зерна при последействии фосфорных удобрений происходило в условиях конкуренции между сорными и культурными растениями, в которой сорняки были способны более интенсивно использовать питательные вещества из почвы. В условиях низкого содержания в почве подвижного фосфора конкурентоспособность растений озимой пшеницы не усиливалась при внесении фосфорных удобрений, навоза и их последействии, что определяет целесообразность уничтожения сорняков в первый период роста культурных растений.

Разрабатываемые сельскохозяйственной наукой вопросы экологии должны воплощаться в аграрном производстве. Однако, насколько это реально, можно видеть на примере состояния сельского хозяйства в Тамбовской области, расположенной в центре рассматриваемого региона (Мичуринский ГАУ). Проведенные в 1990-х годах реформы привели к кризисным явлениям в сельском хозяйстве, разбалансировали прежний хозяйственный механизм, появились новые организационно-правовые формы хозяйствования и формы собственности /18/. В результате в области на 34,2% сократились посевные площади и урожайность всех возделываемых культур. В 2000 г. все хозяйственные субъекты производили только 40% всей продукции области к уровню 1990 г.

В начале ХХI века в сельском хозяйстве области отмечается стабилизация производства сельхозпродукции и появилась возможность подъема отрасли растениеводства. Для этого необходимо вернуться к опыту середины 1960-х - середины 1980-х годов, когда принятые меры позволили существенно увеличить производство продукции растениеводства. За 20 лет (с 1965 по 1985 гг.) уровень внесения минеральных удобрений в области увеличился в 3,6 раза, органических - 8,9 раза. Особое внимание было обращено на производство местных органических удобрений. Особенно актуальным является внесение удобрений в связи с насыщением севооборотов интенсивными культурами, такими, как сахарная свекла, подсолнечник, картофель, кукуруза на силос. Основная обработка почвы должна быть направлена на сохранение и повышение плодородия и рационально сочетать плоскорезную, отвальную, безотвальную и поверхностную обработки. Наиболее быстрый экономический эффект достигается за счет достаточно полного использования химических средств: удобрений и пестицидов.

Поволжье

Модель плодородия почв (МПП) для темно-серых лесных тяжелосуглинистых почв, предложенная Казанским ГАУ и Республиканским кадастровым центром «Земля» /19/, состоит из двух блоков свойств почвы: динамичных (Р₂О₅, К₂О и др.) и устойчивых (гумус, гидролитическая кислотность и др.). Почвенные свойства даны в диапазоне оптимальных параметров и современных статистических их показателей. Разница между ними определяет возможности реализации МПП на практике. Хозяйственная деятельность оказывает влияние на сближение фактических и оптимальных показателей подвижных элементов питания, а в связи с этим уменьшается и количество агрохимикатов для реализации оптимальных параметров. Так, в пахотном горизонте необходимое количество для внесения Р₂О₅ составляет 286 кг д.в. на 1 га. По блоку устойчивых свойств, в частности, гумусу, фактическое и оптимальное содержание близки. Тем не менее, оптимизация гумусового состояния почв как регулятора всех остальных почвенных свойств и режимов имеет первостепенное значение.

По мере реализации МПП темно-серых лесных почв урожайность зерновых культур будет приближаться к уровню, в среднем, до 40 - 44 ц/га.

В НИИСХ Юго-Востока (Саратов) в длительных полевых опытах изучали возможность уменьшения глубины обработки и применения безотвальной обработки почвы под отдельные культуры севооборота /20/. Почва - чернозем южный малогумусный среднемощный тяжелосуглинистый с содержанием гумуса 4,5%. Среди полученных результатов следующие. Установлено, что различными способами и глубиной основной обработки черноземов нельзя существенно улучшить их водный режим. Одной из причин снижения урожайности яровых зерновых культур на полях, обработанных плоскорезами-глубокорыхлителями, является уменьшение содержания нитратного азота в почве из-за наличия пожнивных остатков на ее поверхности и иммобилизация элементов питания микроорганизмами при разложении органики.

Лучшие результаты в 6-польном зерновом севообороте по продуктивности, экономическим и энергетическим показателям отмечены при использовании комбинированной разноглубинной обработки с дифференциацией способа и глубины под отдельные культуры, худшие - при систематическом плоскорезном рыхлении.

В 4-польном севообороте более высокая урожайность яровой пшеницы получена при комбинированной обработке (обычная вспашка, мелкая вспашка, мелкое лущение) - 1,69 т/га и наименьшая - при глубокой вспашке на глубину 27 - 30 см и при лущении на 8 - 10 см - по 1,56 т/га.

Одним из способов, направленных на улучшение обеспеченности растений элементами питания, является использование бактериальных препаратов: Азотовита, изготовленного на основе культуральной жидкости азотобактера, и Бактофосфина - на основе фосформинерализующих микроорганизмов. Их эффективность в чистом виде и в смеси с комплексом микроудобрений ЖУСС-1 (медь-борный комплекс) и ЖУСС-2 (медь-молибденовый комплекс) проверялась в Казанском ГАУ на серой лесной почве в посеве яровой пшеницы /21/.

Было установлено, что наименьшее поражение растений корневыми гнилями происходило при применении обработки семян Бактофосфином и в значительной степени определялось погодными условиями в период всходы-кущение. Наиболее благоприятными для действия препарата в этот период были повышенная температура воздуха и оптимальное количество осадков. Отмечено, что положительное влияние препаратов на рост надземной массы менялось по основным фазам их развития и уже в фазе кущения происходило увеличение этого показателя по сравнению с контролем.

Превышение урожайности пшеницы над контролем (30 ц/га) составляло (ц/га): от Азотовита - 2,0-2,9, и от Бактофосфина - 2,9. При этом действию Азотовита благоприятствовало избыточное увлажнение, а Бактофосфина - недостаток влаги при повышенной температуре.

В Нижне-Волжском НИИСХ (Волгоградская область) проведено изучение эффективности различных способов обработки почвы в 4-х польном севообороте (черный пар - озимая пшеница - кукуруза на зерно - ячмень) на светло-каштановой почве с целью выявить из них наименее энергозатратные /22/. Сравнивались три основных способа обработки почвы: вспашка на глубину 20-22 см, плоскорезная на глубину 20-22 см, минимальная на глубину 12-14 см, которые применялись под озимую пшеницу и кукурузу. Под ячмень применялась только отвальная вспашка. При уходе за паром при культивации сравнивались стрельчатые лапы с ножевыми рабочими органами.

Результаты исследования показали целесообразность использования в черном паре и под кукурузу в качестве основной минимальной обработки почвы орудия типа ОП-8, КТС-10, КПЭ-3,8 на глубину 12-14 см, что практически не снижает урожайность культур и позволяет значительно экономить материально-технические затраты. Целесообразно также применение в период ухода за паром ножевых рабочих органов конструкции ВСХИ и ВИМ, которые, наряду с экономией энергозатрат, позволяют получать высокие и стабильные урожаи озимой пшеницы.

Исследование влияния водной эрозии на свойства серых лесных почв на учетных площадках в четырех полях разных севооборотов, проведенное в Нижегородской ГСХА, выявило следующее /23/. При одинаковой агротехнике урожайность всех культур на смытых видах почв была ниже, чем на несмытых аналогах, что обусловлено несколькими причинами:

1) уменьшением запасов продуктивной влаги за счет поверхностного стока;

2) значительным снижением питательных элементов (обменного калия, минерального и общего азота в 1,2-1,5 раза) и гумуса (на 18-56%) в пахотном слое припашкой нижележащего, менее плодородного горизонта; наиболее значительные различия в урожайности культур при этом наблюдались на светло-серых лесных почвах (например, для озимой пшеницы - 2,9 ц/га в 2002 г.), наименее плодородных и неустойчивых к водной эрозии по сравнению с темно-серыми лесными, обладающими более мощным гумусовым слоем.

Частичная замена дорогостоящих и экологически небезопасных минеральных удобрений бактериальными дает возможность получить прирост продукции растениеводства при меньших затратах и без загрязнения природной среды. К таким препаратам относится ризоторфин, характеризующийся высокой азотфиксирующей активностью и устойчивостью к неблагоприятным факторам. В Казанском ГУ для повышения жизнеспособности и активности клубеньковых бактерий исследовали препарат Гуми-90 /24/. Обработка семян гороха препаратом повышала азотфиксирующую активность аборигенных микроорганизмов. Наибольший положительный эффект отмечен на серых лесных почвах, у которых стимуляция активности по сравнению с контролем была выше на 19,8%, а наименьший - на дерново-подзолистой почве (12,6%). В связи с выявленным влиянием Гуми-90 на азотфиксирующую активность клубеньковых бактерий выяснялась возможность использовать его с целью улучшения качества ризоторфина. Исследования по изучению способа применения Гуми-90 при получении биопрепарата ризоторфин показали, что предварительная обработка клубеньковых бактерий препаратом Гуми-90 стимулирует скорость размножения в 1000 раз, а внесение его непосредственно в торф - в 100 раз.

При минимализации обработки почвы появляется проблема установления способов запашки известковых удобрений. В Татарском НИИ агрохимии и почвоведения в опыте на выщелоченном черноземе проводилось изучение двух способов заделки доломитовой муки: традиционный (лущение на глубину 8-10 см и отвальная вспашка на 25-27 см) и поверхностный (на вспаханную почву под культивацию). При обоих способах в почву вносились дозы известковых удобрений 0 - 0,5 - 1,0 - 1,5 нормы, рассчитанных по гидролитической кислотности /25/. Почва тяжелосуглинистая с содержанием гумуса 5,80-6,10 % при pH_KCl - 4,97-5,10.

При разных способах заделки извести происходит размещение ее на разную глубину, что приводит к неодинаковому изменению кислотности отдельных слоев почвы. При плужной заделке извести большая масса ее попадала в нижнюю часть пахотного слоя и лишь через три года произошло почти полное выравнивание кислотности по слоям 0-10 см и 10-20 см. При заделке извести культиватором уже к концу второго года действия мелиоранта наблюдалось выравнивание величины рН по обоим слоям. От действия полной дозы мелиоранта совместно с минеральными удобрениями при поверхностной заделке получена максимальная продуктивность севооборота со среднегодовой окупаемостью 1 т CaCO₃ - 1,19 ц зерновых единиц. Было установлено, что как на фоне минеральных удобрений, так и без них при заделке извести под культивацию произошло наибольшее снижение всех форм кислотности и продлевалось эффективное действие мелиоранта. Повторный оборот пласта рекомендуется делать не раньше, чем через три года после известкования.

Северный Кавказ

В Ставропольском НИИСХ исследовали два основных, преобладающих в степной зоне Предкавказья и используемых в земледелии типа почв: черноземы и каштановые почвы по многим параметрам на 25 ключевых участках с целью дать им агроэкологическую оценку /26/. Сравнение содержания гумуса в целинной и пахотной почвах показало, что за многолетний период использования черноземов оно уменьшилось на 21,1% в слое 0-20 см, а в каштановой почве - на 20,6%. В период 1965-1990 гг. в почву вносили большое количество минеральных удобрений (например, в 1990 г. фосфора - 36 кг/га, а содержание подвижного фосфора в этот период доведено с 17-20 до 35-36 мг/кг), но затем объемы применения удобрений резко сократились: азотных - в 5 раз, фосфорных - в 10, калийных - в 170 раз.

Установлено, что по всем показателям ферментативной активности агрогенные почвы значительно уступают биогенным. Так, например, в пахотных черноземах, по сравнению с целинными, целлюлазная активность снизилась в два раза, а инвертазная - в 1,5 раза, в пахотных каштановых почвах эти показатели снизились, соответственно, в 1,1 и 1,56 раза. Учитывая, что распашка и использование почв в земледелии приводит к снижению их ферментативной активности, по величине последней с известной степенью приближенности можно судить о степени деградации пахотных почв по отношению к биогенным (контролю) и использовать как диагностические признаки при бонитировке почв.

ГЦ агрохимической службы «Ставропольский» провел изучение состояния и динамики почвенного поглощающего комплекса (ППК) почв Ставрополья на 60 реперных участках за период 1991-2006 гг. /27/. Исследование показало, что в поверхностном слое (0-20 см) черноземных и каштановых почв происходило снижение содержания поглощенного кальция и увеличение количества поглощенного магния. Наиболее интенсивна убыль кальция на черноземах обыкновенных и лугово-черноземных - на 22%, но его содержание повысилось на биогенных черноземах южных на 61%. Среди почв каштанового типа убыль кальция не прослеживалась только на солонцовых каштановых почвах. В черноземных почвах магний более прочно удерживается в ППК (по сравнению с кальцием), в каштановых - кальций.

В целом в почвах Ставропольского края за последнее 20-летие произошли серьезные изменения в состоянии ППК, выражающиеся в нарушении соотношения кальция и магния, насыщении ППК поглощенным магнием, особенно в зоне каштановых почв. Для улучшения состояния ППК наиболее эффективно гипсование, особенно при среднегодовом количестве осадков не менее 400 мм или при орошении. В засушливой зоне рекомендуется использовать гипс почвы путем глубокой обработки.

В Краснодарском НИИ биологической защиты растений проведены опыты по использованию в качестве инактиваторов тяжелых металлов в почве цеолитов Ходыженского месторождения известково-кремнисто-глинистых пород, содержащих 27-35% цеолитов /28/. Оценку эффективности адсорбционной способности цеолитсодержащей породы (ЦСП) по отношению к ТМ (Cu, Pb, Zn, Cd) проводили на черноземе выщелоченном малогумусном в вегетационных опытах. Загрязнение почвы ТМ моделировали из расчета десяти- и стократного превышения его фонового содержания для черноземов. Тест-культурами служили озимая пшеница, кукуруза, соя, томат.

В опыте была установлена тенденция к снижению способности сорбироваться в ряду Pb > Cu > Zn > Cd. Возрастание рН с 4 до 7 приводило к значительному увеличению адсорбционной способности как ЦСП (цеолита), так и БАУ (активный уголь) по отношению ко всем исследуемым металлам. Добавление в раствор NaСl уменьшало адсорбционную инактивацию ТМ в засоленных почвах. Наибольшее снижение содержания металлов в растениях происходило при дозах ЦСП 10-20 кг/га, дальнейшее увеличение дозы до 50 т/га было малоэффективно. Таким образом, цеолитсодержащие породы Ходыженского месторождения для иммобилизации ТМ в почве следует расценивать как перспективные вследствие высокой эффективности, экологической безопасности и потенциально невысокой стоимости.

Защитные лесонасаждения (ЗЛН) с течением времени претерпевают изменения, приводящие к снижению их мелиоративного эффекта. В Краснодарском крае последняя инвентаризация их проводилась в 1975 году. ВНИИ агролесомелиорации провел обследование 34 лесополос края, в которых установлены основные таксационные (возраст, состав, сомкнутость и др.) и агролесомелиоративные (конструкция, назначение, рядность и др.) показатели, а также определен класс бонитета /29/.

ЗЛН создавались в 50-е - 60-е годы прошлого века по древесно-кустарниковому типу с одной или несколькими главными породами. При обследовании наиболее распространенными оказались посадки из ясеня зеленого с акацией белой или гледичией - 41,8%, в которых высота деревьев составляет: акации и гледичии - 11,0-20,5 м, ясеня - 7,8-20,5 м. Лесополосы находятся в удовлетворительном состоянии, но сильно разрослись вширь (до 20-30 м), что не соответствует мелиоративным требованиям ЗЛН. Основная часть ЗЛН находится в третьем возрастном периоде, в ходе которого теряется прирост, и снижаются защитные функции насаждения. Для создания благоприятной агроэкологической обстановки необходимы лесохозяйственные мероприятия, в зависимости от лесоводственно-мелиоративной оценки лесополос. В лесополосах с оценкой 5а необходимо поддержание высокой жизнеспособности насаждения и ажурной конструкции; при оценке 4а - меры по улучшению конструкции, усилению роста и увеличению долговечности основных пород, удалению поросли ветвей; при оценке 3а у большинства лесополос требуется рубка ухода для создания ажурной конструкции, прореживание, сужение полос за счет раскорчевки крайних рядов из клена татарского, абрикоса и кустарника и доведения их ширины до 12-15 м.

Заключение

В научных разработках по экологическим проблемам в АПК, проводящихся в НИИ, в учебных заведениях сельскохозяйственного профиля, предлагаются способы решения проблемы улучшения почвенного плодородия, уменьшения техногенной нагрузки, повышения качества растительной продукции и др. Особенно остро эти проблемы возникли в период деинтенсификации, когда, как отмечает академик РАСХН А.Н. Каштанов, сотни миллионов гектаров заброшенной пашни подвергались эрозии и деградации, а закон «Об охране почв» все не принят. Но имеется Федеральная целевая программа «Сохранение и восстановление почв земель сельскохозяйственного назначения и агроландшафтов как национального достояния России на 2006-2010 гг.». Для ее реализации в системе НИИ РАСХН предусматривается разработка методологии, принципов формирования современных агротехнологий и проектирования систем земледелия на ландшафтной основе, обеспечивающих эффективное использование земли, рост производства сельскохозяйственной продукции. Первоочередной задачей должно стать усовершенствование законодательной и правовой базы землепользования.

Среди разрабатываемой сельскохозяйственной наукой тематики имеются как общие вопросы экологии АПК, так и отдельные приемы технологий, ограниченные рамками зонального земледелия. Среди первых - разработка комплексных мелиораций в системе адаптивно-ландшафтного земледелия, принципов перехода к управляемому земледелию путем создания соответствующего физико-технического базиса, подготовка квалифицированных кадров и др. Среди вторых показано, что на дерново-подзолистых почвах в 50-летнем полевом опыте при системе органических и минеральных удобрений с периодическим известкованием были получены оптимальные параметры плодородия, но в 10-летнем последействии плодородие почв ухудшилось. Для повышения плодородия этого типа почв полезно вносить животноводческие стоки, особенно на малопродуктивных землях, а также применять ярусную комбинированную обработку. Для черноземных почв в длительном опыте (с 1912 г.) исследована конкурентоспособность культурных растений при минеральном питании в агрофитоценозе. В Поволжье реализация модели плодородия темно-серых почв приблизит урожайность зерновых культур к 40-44 ц/га; в засушливых степях на обыкновенных и южных черноземах рекомендована ресурсосберегающая безотвальная комбинированная обработка почвы. Для юга страны на черноземе выщелоченном в качестве инактиватора ТМ предложено использовать как эффективное средство цеолиты. Приведенные примеры показывают актуальность предлагаемых сельскому хозяйству экономически эффективных разработок по повышению плодородия почв. Когда эти и другие разработки будут реализовываться государством, оно будет обладать продовольственной безопасностью, а не ввозить 65% потребляемого мяса КРС из-за границы и не получать сливочное масло из 25 стран.

экология агропромышленный землепользование

Литература

1. Каштанов А.К. Охрана почв - важнейшая национальная проблема. // Земледелие. 2007, №4, с. 10-11.

2. Краснощеков В.Н. Методологические основы устойчивого развития хозяйственных систем и роль адаптивно-ландшафтного земледелия в его обеспечении. // Докл. РАСХН. 2006, №2, с. 22-26.

3. Лискер И.С., Якушев В.П. Физико-химический базис управляемого земледелия.// Докл. РАСХН. 2006, №6, с. 32-34.

4. Златников А.К., Златников К.М. Применение биопрепарата для повышения устойчивости растений к засухе и другим стрессам. // АгроXXI. 2007, №10-12, с. 37-38.

5. Фирсов С.А., Зеленов Н.А. Агроэкологическая оценка ресурсов известковых удобрений. // Агрохимический вестник. 2007, №6, с. 12-14.

6. Кузнецова А.Р. Проблемы формирования и использования кадрового потенциала аграрного сектора. // АгроXXI. 2007, №10-12, с. 3-5.

7. Благовещенская Г.Г., Бурлакова Л.Ю., Завалин А.А. и др. Устойчивость агроценозов при длительном применении органических и минеральных удобрений. // Докл. РАСХН. 2005, №6, с. 26-28.

8. Журавилин А.В., Сухов Д.А., Пивень Е.А. Влияние многолетнего внесения животноводческих стоков на плодородие дерново-подзолистых почв. // АгроXXI. 2007, №4-6, с. 53-55.

9. Тимошина Н.А., Федосов А.В., Кравченко А.В. Влияние биологических и известковых мелиорантов на плодородие дерново-подзолистой супесчаной почвы и урожайность картофеля. // Агрохимический вестник. 2007, №4, с. 21-23.

10. Волосевич А.Н., Яковлева Т.И. Экологическое состояние пахотных почв Северо-Запада России. // Агрохимический вестник. 2007, №4, с. 31-32.

11. Ковалев Н.В., Тюлин В.А., Бакланов А.И., Иванов Д.А., Иванов Н.Н. Формирование продуктивности бобово-злаковой травосмеси в условиях агроландшафтов Центральных районов Нечерноземной зоны РФ. // Докл. РАСХН. 2007, №2, с. 23-25.

12. Минеев В.Г., Гомонова Н.Ф. Действие и последействие удобрения на плодородие дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы. // Агрохимия. 2005, №1, с. 5-13.

13. Юмашев Н.П. Использование осадков сточных вод в качестве удобрений на выщелоченных черноземах Тамбовской области. // Агрохимия. 2008, №2, с. 57-65.

14. Протасова Н.А. Тяжелые металлы в черноземах и культурных растениях Воронежской области. // Агрохимия. 2005, №2, с. 80-86.

15. Тхакахова А.К. Микробиологические процессы в черноземной почве Каменной Степи при применении удобрений. // Агрохимический вестник. 2007, №4, с. 12-13.

16. Минеев В.Г., Надежкина Е.В., Надежкин С.М. Эффективность биологического азота в питании яровой мягкой пшеницы. // Докл. РАСХН. 2003, №3, с. 36-39.

17. Небытов В.Г. Изменение засоренности посевов озимой пшеницы при длительном применении удобрений и их последействие // Докл. РАСХН. 2005, №5, с. 24-26.

18. Давыдова И.В. Об интенсификации растениеводства в Тамбовской области. // АгроXXI. 2007, №10-12, с. 13-14.

19. Бакиров Н.Б., Давлятшин И.Д. Региональная модель плодородия темно-серых лесных почв и аспекты ее реализации. // Агрохимический вестник. 2007, №4, с. 6-8.

20. Азизов З.М. Основная обработка черноземных почв в севооборотах и эффективность их использования в засушливой степи Поволжья. // Докл. РАСХН. 2005, №6, с. 34-36.

21. Сафин Р.И., Хузина Э., Габдрахманова И.Х. Эффективность бактериальных удобрений на яровой пшенице. // АгроXXI. 2007, №10-12, с. 39-40.

22. Плескачев Ю.Н. Минимизация обработки почвы в зерновых севооборотах Нижнего Поволжья. // Докл. РАСХН. 2005, №4, с. 29-30.

23. Полякова Н.В. Влияние водной эрозии на свойства серых лесных почв. // Агрохимический вестник. 2007, №5, с. 8-9.

24. Тазетдинова Д.И., Алимова Ф.К. Влияние Куми-90 на жизнеспособность и активность клубеньковых бактерий, используемых для получения ризоторфина. // Агрохимический вестник. 2007, №6, с. 34.

25. Ломако Е.И., Алиев Ш.А., Биккинина Л.М.-Х. Эффективность известкования // Агрохимический вестник. 2007, №6, с. 12-14.

26. Куприченков М.Т., Антонова Т.Н., Натальченко С.В., Храпач А.В. Агроэкологическая оценка почв Предкавказья. // Земледелие. 2007, №4, с. 11-13.

27. Подколзин А.И., Шкабарда С.Н. Состояние и динамика изменения поглощающего комплекса почв Центрального Предкавказья. // Агрохимия. 2008, №1, с. 16-25.

28. Белоусов В.С. Целитсодержащие породы Краснодарского края в качестве инактиваторов тяжелых металлов в почве. // Агрохимия. 2006, №4, с. 78-83.

29. Кошелев А.В. Оценка состояния защитных лесонасаждений в Краснодарском крае. // Земледелие. 2007, №4, с. 4.

Размещено на Allbest.ru