Агроэкологические критерии оценки уровня технологической нагрузки на сельскохозяйственные земли

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Сельскохозяйственное землепользование в Украинском Полесье не соответствует принципам рационального природопользования, характеризуется высоким уровнем антропогенной нагрузки, который обусловил значительное распространение деградационных процесов, охвативших все пахотные почвы. Последнее может привести в обозримом будущем к разрушению не только почвенного покрова, но и всей ландшафтной сферы региона.

Агроэкологический аспект оптимизации сельскохозяйственного землепользования основывается на представлениях о потенциальной устойчивости экосистемы к такому уровню антропогенной нагрузки, сверх которого она теряет способность к саморегуляции. Критерием такой способности является восстановление основных параметров экосистемы в исходное или близкое к нему состояние после прекращения хозяйственной деятельности человека.

Почва как биокосное тело и основной компонент агроландшафта выдерживает без повреждения антропогенную нагрузку на уровне 12-15 ГДж, а интенсификация земледелия современными методами обусловливает нагрузку - 20-25 и даже 30 ГДж [5]. Поэтому важно, чтобы нагрузка на почву не превышала границу, при которой еще сохраняется ее способность к воспроизводству своих функций. В данной связи возникает необходимость введения нормативов качественного состояния окружающей среды, на основании которых следует формировать систему агроэкологических критериев оценки технологий в отношении их влияния на качество окружающей среды по всем параметрам.

Сравнительно немногие технологии возделывания полевых культур имеют прямое экспериментальное обоснование и построены с учетом системных связей. Большая их часть сложилась путем различного комбинирования, наложения новых приемов на традиционную агротехнику. Последнее обстоятельство нередко является причиной экономических потерь и экологических противоречий, когда современные средства интенсификации, особенно химизации, применяются на фоне традиционных способов обработки почвы, посева и ухода за посевами.

Безусловно, уровень технологической нагрузки на почву определяется структурой посевных площадей и набором сельскохозяйственных культур в севооборотах, ибо каждая из них отличается не только спецификой непосредственного влияния на почву, но и особенностями технологий их возделывания. Это обусловливает необходимость оценки проектируемых севооборотов не только относительно их почвозащитной эффективности, но и в отношении влияния на основные показатели почвенного плодородия с учетом конкретных почвенно-климатических условий.

На современном этапе развития аграрной сферы существенное изменение структуры посевных площадей сельскохозяйственных культур под воздействием конъюнктуры рынка (сокращение посевных площадей культур кормовой группы и увеличение удельного веса высокорентабельных культур овощной и технической групп) усиливает технологическую нагрузку на земельные ресурсы и может привести в будущем к потере значительных площадей продуктивных угодий.

На решение этой проблемы на общегосударственном уровне направлены ограничения на размещение пропашных культур и чистого пара на склонах больше 7° [6], нормативы контурно-мелиоративных систем земледелия [12], классификация пахотных земель по пригодности к возделыванию сельскохозяйственных культур [4].

На местном (локальном) уровне основой для разработки системы агроэкологических критериев должны служить концептуальные модели агроландшафтов, поскольку невозможно решать экологические задачи изолированно для какой-то одной части агроландшафта. Проблема имеет два аспекта: первый Ї регламентация технологической нагрузки на элементы агроландшафта с учетом биогеохимических процессов трансформации энергии и веществ в агроландшафте; второй Ї формирование технологий обработки почвы, применения удобрений, мелиорантов с учетом этих процессов. Без системы агроэкологических ограничений техногенеза невозможно создать предпосылки для экологически безопасного земледелия.

Регламентация технологической нагрузки на уровне конкретного агроландшафта требует проведения экологической экспертизы любой технологической операции, технологии и технологического блока в целом. Агротехническая операция, которая не прошла этой экспертизы, не может быть рекомендована к применению, даже при идеальном исполнении целевой функции. Допустим, что агротехническая операция отличается высокой противоэрозионной и агроэкологической эффективностью, но влияние этой операции на почву как систему может превышать определенный предельно допустимый уровень. Почва доводится до состояния сверхпродуктивности за счет опасной дозы “допинга”. Регулярное внесение частицы “хаоса” выше допустимой нормы приведет в итоге или к разрушению системы, или к ее переходу на другой качественно худший квазистабильный уровень авторегуляции.

Проблема состоит в том, чтобы разработать соответствующие методические подходы к комплексной экологической оценке конкретных землеустроительных решений еще на стадии проектирования, которые позволяли бы быстро (на основе несложных математических расчетов), но достаточно корректно прогнозировать возможные негативные экологические последствия в землепользовании для обеспечения принципа превентивности почвозащитных мероприятий.

Анализ последних публикаций. Проблеме регламентации технологической нагрузки на земельные ресурсы посвящены работы многих ученых [2, 3, 11, 15, 16, 17], но при этом используются различные методические подходы к ее решению.

При разработке проектов почвозащитных агроландшафтов необходимо решить проблему технологического распределения почвенного покрова, прежде всего, на уровне конкретного водосбора (или склона) [2]. В соответствии с концепцией контурно-мелиоративного земледелия, разработанной специалистами ННЦ «Институт земледелия НААН Украины» [12], дифференцированный подход к использованию элементов ландшафтов базируется на разделении земель на три группы по критериям уклона земной поверхности: 0-30, 3-50 и больше 50. Однако, более корректным является технологическое распределение почвенного покрова определенного склона по интенсивности сельскохозяйственного использования на основе расчетов: 1) смыва с чистого пара 10%-й обеспеченности без применения противоэрозионной агротехники (длина линии стока равняется расстоянию между полезащитными полосами); 2) смыва с чистого пара при применении противоэрозионной агротехники; 3) смыва с чистого пара с напаханными валами-террасами (минимальная длина линии стока равняется 50 метрам); 4) смыва с чистого пара при применении противоэрозионной агротехники и напаханных валов-террас (длина линии стока равняется 50 метрам) [2]. Если результаты в последнем (четвертом) случае будут выше от допустимых потерь почвы, то этот рабочий участок, ограниченный расстоянием между полезащитными лесополосами, выводят с полевого севооборота в почвозащитный зерно-травяной или травопольный севооборот (с расчетом величины возможного смыва) без поля чистого пара. При этом граница между полевым и почвозащитным севооборотами определяется не только уклоном земной поверхности, но и параметрами эрозионной устойчивости почвы. На почвах с высокой эрозионной устойчивостью граница между севооборотами может размещаться в зоне склона крутизной 4-50, а на бесструктурных слабогумусированных почвах с низкой эрозионной устойчивостью - в зоне склона крутизной 1-20. В региональном и зональном масштабах значительные коррективы будут вносить климатические параметры эрозионной устойчивости. По такой же схеме (только вместо чистого пара берется наименее эрозионноустойчивый агрофон почвозащитного севооборота, например, ярые зерновые) можно определить границу пахотных земель с природными кормовыми угодьями (пастбища и сенокосы).

Поскольку технологический блок является важной составной частью экологически сбалансированного агроландшафта для инженерного проектирования его конструкции необходимо иметь алгоритм количественных оценок почвозащитной эффективности отдельных агротехнических мероприятий и технологий возделывания сельскохозяйственных культур в целом. Наиболее перспективным в этом плане следует считать оценку влияния технологических операций и способов использования земельных участков на основные параметры плодородия почвы, среди которых интегральным показателем ее качества является содержание гумуса.

Экологические аспекты в оценке роли гумусового состояния почв усиливаются в процессе интенсификации земледелия. На современном этапе развития аграрного сектора экономики гумусовое состояние почв определяет экологические пределы интенсификации, в частности выступает в качестве разрешающего фактора химизации с точки зрения обеспечения буферности почв и поглотительной способности по отношению к питательным веществам, преодоления нагрузки пестицидами и другими химическими веществами. Обеспеченность почв гумусом определяет возможности минимизации обработки почвы и соответственно сокращения энергетических затрат, способствует повышению устойчивости агроэкосистем при неблагоприятных внешних воздействиях.

Системы рационального сельскохозяйственного землепользования должны формироваться таким образом, чтобы воспроизводство гумуса в почвах не требовало специальных затрат, а являлось следствием мероприятий, направленных на повышение продуктивности агроценозов и защиту почв от различных видов деградации. В частности, наращивание запасов гумуса в почвах с помощью органических удобрений должно отвечать принципам экологической безопасности и экономической эффективности.

Поэтому целью наших исследований была адаптация балансового метода оценки землеустроительных решений по формированию структуры севооборотов к условиям Киевского Полесья, что выполнялось путем сравнения прогнозированного на основании балансовых расчетов и фактического содержания гумуса в конце ротации типичной для правобережного Полесья Украины 7-ми-польного севооборота.

Объект и методы исследований. Изучение баланса гумуса проводилось в длительном стационарном опыте, заложенном в 1970 г. на дерново-среднеподзолистой пылевато-супесчаной почве в Киевском агропочвенном районе.

Агрохимическая характеристика пахотного слоя почвы до закладки опыта: содержание гумуса (по Тюрину) - 0,91%, рН КСІ - 4,55, гидролитическая кислотность 2,30 мг-экв/100 г почвы, содержание подвижного фосфора - 3,20, калия - 6,20 мг на 100 г почвы.

Схема опыта, распределение удобрений и мелиорантов по вариантам на протяжении 4-х ротаций севооборота приведены в таблице 1.

В 1986 году после завершения двух ротаций севооборота схема опыта реконструирована, повторно внесены полные дозы извести для доведения реакции почвенного раствора до оптимального уровня, расширен диапазон доз органических удобрений.

С этого времени введен 7-польный севооборот с таким чередованием культур: люпин на силос, озимая рожь, картофель, ячмень, клевер на зеленую массу, озимая пшеница, кукуруза на силос.

Табл. 1. Схема опыта и количество внесенных удобрений на 1 га посевной площади

Минеральные удобрения вносили в виде аммиачной селитры, суперфосфата и калийной соли: под люпин 90 кг/га - Р45 К45, под озимую рожь 180 - N60P60K60, под картофель 240 - N90P60K90, под ячмень 150 - N60P45K45, под озимую пшеницу 180 - N60P60K60, под кукурузу 270 - N90P90K90.

В качестве химического мелиоранта использовали сыромолотый известняк с содержанием СаСО3 90%. Его вносили в 1-й ротации под культивацию перед посадкой картофеля, в 3-й ротации - перед посевом люпина. Дозы извести рассчитаны по величине гидролитической кислотности (Нг): 0,75 Нг - 3,75 т/га, 1,0 Нг - 5 т/га. Органические удобрения вносили под картофель и кукурузу в дозах соответственно 10 ( 40 и 30 т/га) и 20 т (80 и 60 т/га) на гектар севооборотной площади. За 4 ротации на основных вариантах (с одинарными дозами) внесено 300 т органических удобрений, 1498 кг действующего вещества азотных, 1530 - фосфорных и 1648 кг действующего вещества калийных удобрений.

Определение общего содержания гумуса в начале и конце ротации осуществляли методом Тюрина-Симакова в модификации Никитина. Расчет баланса гумуса проводили методом Чесняка [1].

Результаты исследований и их обсуждение. В наших исследованиях установлено, что сельскохозяйственное использование дерново-подзолистых почв легкого гранулометрического состава приводит к нарушению природного процесса гумусообразования, изменению интенсивности и направленности процессов гумификации органической массы растительных остатков, и как результат - к уменьшению содержания гумуса. В частности, за 30 лет использования земельных участков без применения удобрений содержание гумуса в дерново-подзолистой супесчаной почве снизилось на 37,4% от исходного (табл. 2).

Последнее связано с преобладанием на неудобренных участках процессов минерализации над новообразованием гумуса. Об этом свидетельствует дефицитный баланс гумуса (-0,4-0,7 т/га) и интенсивность баланса гумуса на уровне 50-72% на протяжении последних двух ротаций севооборота (табл. 3).

Табл. 2. Динамика расчетного и фактического содержания гумуса в дерново-подзолистой супесчаной почве в зависимости от системы удобрения и известкования (слой 0-20 см)

В общем, исследуемые дерново-подзолистые почвы легкого гранулометрического состава, которые являются фоновыми для зоны Полесья Украины, из-за генетически унаследованного низкого содержания физической глины (5-15%) и промывного типа водного режима характеризуются низкой гумусированностью верхних горизонтов (0,6-1,4%), неблагоприятными агрохимическими и физическими свойствами, слабой устойчивостью к разрушающему действию антропогенных факторов.

Поэтому, особое значение в комплексе мероприятий, которые обеспечивают возмещение потерь гумуса, приобретают удобрения. Если роль органических удобрений в оптимизации гумусового состояния дерново-подзолистых почв не вызывает сомнения [7, 14], то относительно влияния минеральных удобрений на этот показатель в литературе встречаются противоречивые мнения: от неблагоприятного [10] до непрямого положительного [9].

Механизм положительного действия минеральных удобрений на трансформацию содержания гумуса может проявляться путем увеличения биомассы послеуборочных остатков и корней под влиянием питательных веществ этих удобрений, а также за счет минерального азота, что стимулирует новообразование гумусовых веществ. Однако, в наших исследованиях минеральная система удобрения сельскохозяйственных культур не обеспечила бездефицитного баланса гумуса (его потери за 30 лет составили 7,7%), что обусловлено недостаточным количеством послеуборочных остатков для компенсации минерализационных потерь гумусовых веществ.

Табл. 3. Среднегодовой баланс гумуса в типичном 7-ми-польном полесском севообороте в зависимости от системы удобрения и известкования

Надеяться на существенное увеличение степени гумификации можно лишь при совместном внесении минеральных удобрений и свежего соломистого или полуперепревшего навоза. Кроме того, на коэффициенты гумификации органических удобрений значительно вплияет доза и равномерность их внесения в почву. С повышением доз навоза усиливается минерализация органического вещества с одновременным снижением интенсивности гумусообразования. Наиболее эффективная доза внесения удобрений под пропашные культуры - 30-50, под озимые - 20-30 т/га. Увеличение рекомендованных доз сопровождается значительным уменьшением (в 1,5-2 раза) окупаемости затрат и рентабельности, ухудшением качества продукции возделываемых культур, а также обусловливает неблагоприятные экологические последствия, связанные с загрязнением среды и ухудшением мелиоративного действия органических удобрений [13].

Поскольку применение органо-минеральной системы удобрения (10 т навоза и 160 кг действующего вещества NPK на гектар севооборотной площади) на кислых дерново-подзолистых почвах обеспечивало лишь слабо положительный баланс гумуса, поэтому для обеспечения существенной положительной трансформации гумусового состояния этих почв очень необходимо внесение кальцийсодержащих соединений, в частности извести.

Известкование почв, прежде всего, положительно влияет на состав гумуса, увеличивая содержание в нем гуминовых кислот и расширяя соотношение ГК:ФК. На известкованных почвах создаются более благоприятные условия для новообразования гумусовых веществ и в большей мере проявляется положительная роль севооборота в улучшении качественного состояния органического вещества. Кроме того, уменьшается абсолютный размер лабильной части органического вещества. Поэтому, комплексное применение удобрений и извести обеспечивало четко выраженный положительный баланс гумуса. А внесение 20 т/га органических удобрений в сочетании с минеральными и известкованием обусловило наивысший прирост гумуса в почве (31,2% за 14 лет). Такие темпы прироста свидетельствуют, что через 10-20 лет содержание гумуса при этой системе удобрения может достичь оптимальных параметров в супесчаных почвах -1,6-1,8% [8].

В современных условиях резкого сокращения поголовья КРС и в связи с этим - объемов применения органических удобрений вопрос состоит в том, как достичь увеличения поступления органической массы в почву, адекватной исследуемым дозам навоза. Конечно решению этого задания может способствовать оптимизация структуры сельскохозяйственных угодий и посевных площадей. Выведение с интенсивной обработки значительной части малопродуктивных связно-песчаных дерново-подзолистых почв для увеличения площадей сенокосов и пастбищ станет благоприятной предпосылкой для увеличения поголовья КРС, а сокращение площадей под пропашными культурами позволит снизить темпы минерализации гумуса и его общие потери. Кроме того, трансформация угодий позволит увеличить объемы использования соломы зерновых культур для заделки в почву.

Формирование экологически устойчивых агроландшафтов в условиях Киевского Полесья требует регламентации технологической нагрузки на сельскохозяйственные земли путем оптимизации структуры земельных угодий и посевных площадей, введения экологических ограничений относительно выращивания определенных культур, проведения экологической экспертизы технологий выращивания сельскохозяйственных культур, и повышения экологической стойкости почвенного покрова вследствие увеличения содержания органического вещества и насыщения почвенного поглощающего комплекса кальцием.

Для оценки уровня технологической нагрузки на сельскохозяйственные земли и прогнозирования экологических последствий способа использования земельных участков, в частности, структуры севооборотов, можно использовать балансовые расчеты такого интегрального показателя почвенного плодородия как содержание гумуса.

Литература

агроландшафт гумус экологический

1. Бацула О.О., Головачов Є.А., Дерев'янко Р.Г. та ін. Забезпечення бездефіцитного балансу гумусу в грунті /За ред. О.О.Бацули.-Київ: Урожай, 1987.-128 с.

2. Булигін С.Ю. Регламентація технологічного навантаження земельних ресурсів /С.Ю.Булигін //Землевпорядкування. -2003.-№1.-С.38-43.

3. Гродзинский М.Д. Методы оценки устойчивости геосистем к антропогенным воздействиям /М.Д.Гродзинский//Физическая география и геоморфология. -1986.-Вып.33.-С.32-38.

4. Добряк Д.С. Класифікація та еколого-безпечне використання сільськогосподарських земель/ Д.С.Добряк, О.П.Канаш, І.А.Розумний. -Київ: КІЗ, 2001.-308 с.

5. Добряк Д.С. Формування екологобезпечного землекористування в умовах дії водної та вітрової ерозій /Д.С.Добряк, Д.І.Бабміндра, В.О.Слінчук.-К.:Урожай, 2010.-152 с.

6. Закон України ”Про охорону земель” від 19 червня 2003 р. /Земельне законодавство України: Збірник нормативно-правових актів - Київ: Істина, 2007. - С.174-197.

7. Лыков А.М. Воспроизводство плодородия почв в Нечерноземной зоне. -Москва: Россельхозиздат, 1982.-142 с.

8. Мазур Г.А. Роль гумусу в родючості ґрунтів та відтворення його вмісту //Вісник аграрної науки.-Спеціальний випуск.-Травень, 2000.-С.12-15.

9. Минеев В.Г., Шевцова Л.К. Влияние длительного применения удобрений на гумус почвы и урожай культур //Агрохимия.-1978.-№7.-С.134-141.

10. Минина Т.Н. Влияние удобрений на гумусное состояние дерново-подзолистой почвы //Свойства почв, их изменение при окультуривании и влияние на урожай в Северо-Западной зоне РСФСР.-1984.-С.14-20.

11. Можейко Г.А. О принципах построения и эксплуатации экологически сбалансированных и высокопродуктивных агроландшафтов /Г.А.Можейко //Вісник аграрної науки. -1997.-№4.-С.31-36.

12. Нормативи грунтозахисних контурно-меліоративних систем землеробства /За ред. О.Г.Тараріко, М.Г.Лобаса. -Київ: Агроінком, 1998. -158 с.

13. Рижук С.М., Медведєв В.В. Технологія відтворення родючості грунтів у сучасних умовах. - Київ-Харків: ННЦ «ІГА», 2003.-214 с.

14. Сафонов А.П. Влияние навоза на гумусообразование дерново-подзолистых почв //Земледелие. -1989.-№3.-С.32-34.

15. Серебрянский Л.Р., Скопин Ю.А. Поддерживаемое, сбалансированное или устойчивое развитие? /Л.Р.Серебрянский, Ю.А.Скопин//Известия РАН. Серия «География». -1998.-№1.-С.44-49.

16. Сочава В.Б. Введение в учение о геосистемах /В.Б.Сочава. -Новосибирск: Наука,1978.-320 с.

17. Трускавецький Р.С. Концепція стійкості грунтів і ґрунтового покриву щодо зовнішніх навантажень /Р.С.Трускавецький//Генезис, географія і екологія грунтів. -Л.: Простір М, 1999.-С.23-29.

Размещено на Allbest.ru