WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]

Агроэкологическая роль ресурсосберегающих приемов обработки дерново-подзолистой почвы эрозионно-опасных ландшафтов Нечерноземной зоны

Автореферат кандидатской диссертации

 

 

На правах рукописи

 

 

САВОСЬКИНА Ольга Алексеевна

«Агроэкологическая роль ресурсосберегающих приемов обработки дерново-подзолистой почвы эрозионно-опасных ландшафтов

Нечерноземной зоны»

 

Специальность 06.01.01 – Общее земледелие

 

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора сельскохозяйственных наук

 

 

 

Москва 2012

Работа выполнена на кафедре земледелия и агрометеорологии ФГБОУ ВПО  Российского государственного аграрного университета МСХА имени  К.А. Тимирязева

Научный консультант

Заслуженный деятель науки РФ, доктор

сельскохозяйственных наук, профессор кафедры земледелия и агрометеорологии РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева

Баздырев Геннадий Иванович

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры растениеводства и луговых экосистем РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева

Постников Андрей Николаевич

доктор сельскохозяйственных наук, заведующий отделом агрофизики ГНУ  Владимирского НИИСХ Россельхозакадемии

Зинченко Сергей Иванович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры агрохимии, почвоведения и агроэкологии  Тверской ГСХА

Сутягин Виктор Павлович

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский институт земледелия и защиты почв от эрозии

Защита состоится «____»_________ в _____ч.

на заседании диссертационного совета Д 220.043.05 при РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева

Адрес: 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., д. 49.,

тел./факс 976-24-92

Ученый совет РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ РГАУ – МСХА им.К.А. Тимирязева

Автореферат разослан «____»___________2012 г.

Ученый секретарь                                                     Н.Н. Лазарев

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В Нечерноземной зоне РФ свыше 70% пахотных земель расположены на склонах, преимущественно южной экспозиции, где в настоящее время эрозионные процессы не приостановлены и при определенных условиях могут даже усилиться. 

Повышение плодородия почвы, охрана ее от эрозии и деградации, предотвращающие ухудшение качества окружающей среды, улучшение экологии агроландшафтов – основополагающее стратегическое направление в современном земледелии (А.Н. Каштанов, В.И. Кирюшин).

Эрозионные процессы на склоновых землях вызывают глубокие изменения водно-физических, физико-химических, химических и биологических свойств почвы. Под воздействием водных потоков смывается верхний плодородный слой почвы, уменьшается содержание гумуса и элементов питания, структурных агрегатов, возрастает плотность сложения почвы, ухудшается водно-воздушный режим и фитосанитарное состояние почвы. Все это ведет к потере плодородия почвы и снижению урожайности сельскохозяйственных культур (И.С. Кочетов, И.П. Макаров).

Увеличить производство сельскохозяйственной продукции на склоновых землях возможно при внедрении ресурсосберегающих технологий возделывания полевых культур.

Актуальность и новизна проблемы заключается в том, что до сих пор нет нормированных данных, позволяющих выяснить роль отдельных элементов системы земледелия (севооборота, системы удобрений, защиты от вредных организмов, почвозащитной технологии обработки) на изменение плодородия дерново-подзолистой почвы на склонах различной крутизны.

Цель исследований. Целью исследований являлось выявление и устранение пестроты почвенного покрова за счет ресурсосберегающих почвозащитных приемов обработки и других элементов системы земледелия для формирования высокопродуктивных и экологически устойчивых агроценозов на основе изучения динамики агрофизических, агрохимических и биологических показателей плодородия дерново-подзолистой почвы в условиях склонового рельефа (на примере почвенного покрова учхоза «Михайловское»).

Задачи исследований:

- оценить роль природных факторов в развитии процессов водной эрозии почв и определить влияние почвозащитных ресурсосберегающих технологий обработки на формирование поверхностного стока талых вод и смыв почвы;

- исследовать трансформацию морфологического профиля и пестроту почвенного покрова под действием длительного применения различных приемов обработки;

- изучить закономерности пространственного варьирования агрофизических параметров плодородия почвы на расчлененном рельефе в условиях длительного применения почвозащитных технологий разного уровня интенсивности;

- выявить изменения агрохимического состояния почвенного покрова в результате длительного применения разноглубинных приемов обработки на комплексе эродированных дерново-подзолистых почв;

- определить принципиальные основы формирования и структуру компонентов фитосанитарного потенциала агрофитоценозов на равнинных и склоновых землях  под действием почвозащитных приемов обработки почвы;

- установить характер и тесноту взаимосвязей между пространственной вариабильностью урожайности и анизотропией различных почвенных свойств;

- определить экономическую и энергетическую эффективность применения почвозащитного комплекса при создании устойчивых агрофитоценозов на землях разных агроэкологических групп.

Научная новизна. На основании детальной топографической и почвенной съемки, выявлена пестрота почвенного покрова и выделены элементарные почвенные ареалы, характеризующиеся однородностью по морфологическим свойствам, агрофизическим и агрохимическим показателям плодородия.

Разработаны методические подходы и определены качественные и количественные критерии оценки природно-ресурсного потенциала пахотных склоновых земель, позволяющие совершенствовать звенья адаптивно-ландшафтных систем земледелия для однородных групп земель.

Выделены основные направления совершенствования современных систем земледелия и ее элементов - почвозащитных севооборотов, ресурсосберегающих технологий обработки, систем удобрений и интегрированной защиты от вредных организмов в Нечерноземной зоне на склонах с различной степенью эродированности почв.

Теоретически обоснованы и практически подтверждены концептуально-агроэкологические аспекты создания устойчивого развития высокопродуктивных агрофитоценозов на склоновых землях при применении почвозащитных ресурсосберегающих технологий обработки почвы.

Установлены причинные связи деградационных процессов почвы склоновых агроландшафтов и ресурсосберегающих приемов возделывания сельскохозяйственных культур в почвозащитном севообороте.

Даны практические рекомендации по разработке и освоению нормативно-технологических элементов систем земледелия нового поколения в зависимости от экспозиции и крутизны склонов.

Определена эффективность действия изучаемых факторов на урожайность и продуктивность полевых  культур на склоновых землях.

Практическая значимость работы. Применение ресурсосберегающих приемов обработки в комплексе с освоением почвозащитных севооборотов, обеспечит расширенное воспроизводство биологических, агрофизических и агрохимических показателей плодородия почвы, способствующих снижению техногенной нагрузки и как, следствие, уменьшению антропогенной и природной деградации почвы.

Использование карт пространственного распределения вредных объектов способствует экологизации земледелия через снижение пестицидной нагрузки путем их применения в севообороте на основе пороговой численности сорняков, болезней, вредителей.

Изученные подходы по учету особенностей потоков вещества и энергии при функционировании агроландшафтов в условиях проявления водной эрозии с учетом лимитирующих факторов позволят при организации сельскохозяйственных угодий и севооборотов за счет агроэкологического зонирования территории добиться высокоэффективного и экологически безопасного использования агроландшафтов.

Выявленные закономерности изменчивости различных свойств, которые локально влияют на водно-воздушный, питательный и тепловой режимы почвы, могут быть учтены при сельскохозяйственном использовании угодий со сходными характеристиками почвенного покрова для ведения сбалансированного земледелия, направленного не только на получение максимального выхода продукции, но и на защиту от эрозии, а также  сохранение и повышение плодородия.

Результаты исследований могут быть использованы при разработке и внедрении систем точного земледелия в Нечерноземной зоне РФ.

Защищаемые положения.

Геоморфологические исследования, проведенные на территории полевых опытов, в условиях резко выраженной пространственной неоднородности агроландшафтов и анализ результатов с использованием ГИС-методов существенно расширили представление о характере миграции веществ и энергии в результате эрозионных процессов и позволили получить наглядную картину пестроты почвенного покрова, выделить агроэкологические группы земель.

В современных условиях потепления климата эрозионные процессы не приостановлены, а при определенных условиях могут даже усилиться. Эффективность ресурсосберегающих технологий в регулировании поверхностного стока и смыва почвы усиливается на склоне крутизной 5-70.

Агрогенно активизированные процессы плоскостной эрозии значительно усложнили структуру почвенного покрова, повысили его контрастность и способствовали формированию существенной внутрипольной дифференциации основных параметров плодородия, агротехнических и агроэкологических свойств почв.

Ресурсоберегающие разноглубинные приемы обработки приводят к трансформации и усилению гетерогенезации почвенного покрова склоновых ландшафтов в результате проявления эрозионных процессов.

Воспроизводство и оптимизация показателей плодородия почвы возможна при дифференцированном применении комплекса противоэрозионных мероприятий в соответствии с условиями агроландшафта. Картограммы пространственного варьирования агроэкологических параметров определяют применение экономически и экологически обоснованных агротехнических мероприятий.

На склоновых землях формируется особенный агрофитоценоз, значительно отличающийся от плакорных. Фитосанитарный потенциал можно регулировать при использовании подробных карт, построенных методом кригинга, что обеспечит существенную экономию обработок посевов и тем самым будет пособствовать как повышению урожайности, так и уменьшению загрязнения продукции и почвенного покрова остатками гербицидов.

Освоение элементов почвозащитной системы земледелия, основанной на ресурсосбережении, позволяет формировать высокопродуктивные агроценозы при увеличении общего энергетического потенциала агроэкосистемы.

Апробация работы. Материалы, вошедшие в диссертационную работу, были доложены на конференциях: Международный экологический форум, Курск 1995г., Международная научная конференция, Москва 2004г., II Всероссийский съезд по защите растений. С-Петербург, 2005г., Международная научная конференция, Н.-Новгород 2007г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 28 работ, в том числе 12 в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК для публикации основных результатов диссертационных работ на соискание ученой степени доктора наук и 16 статей в прочих журналах.

Структура работы. Диссертация состоит из 7 глав, выводов, предложения производству, списка литературы и приложений. Она изложена на 300 страницах, содержит 70 таблиц и 78 рисунков. Список литературы включает 440 наименований, в том числе 45 на иностранных языках.

Содержание работы.

Объекты и методы исследований.

В течение 1995-2009 гг. проведены исследования в трех полевых многолетних стационарных опытах в соответствии с планом НИР РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева. Работа проводилась на опытных полях кафедры земледелия и методики опытного дела в учхозе "Михайловское" Московской области. Исследования условно можно разделить на два основных направления: изучение и обоснование перспективных агротехнических приемов и их оценка в связи с особенностями строения и функционирования агроландшафта, оказывающее существенное влияние на природно-ресурсный потенциал пахотных угодий.

Опыт 1. Трехфакторный (9*7*2) полевой стационарный опыт, расположенный на водораздельной части опытного поля в п. Голохвастово (табл.1).

Исследования предусматривали изучение следующих вариантов основной и предпосевной обработки почвы под культуры:

  1. отвальная, контроль (лущение на глубину 8-10см, вспашка на 20-22см, ранневесеннее боронование в два следа, предпосевная культивация на 8-10см с боронованием, обработка РВК-3,6 под зерновые культуры и бобово-злаковую смесь, перепашка зяби на 14-16см и предпосадочная культивация на 8-10 см с боронованием под картофель);
  2. фрезерная минимальная (лущение на 8-10см, ранневесеннее боронование в два следа, предпосевное фрезерование под зерновые культуры и бобово-злаковую смесь на 8-10см, под картофель – предпосадочное фрезерование на 14 - 16см);
  3.  чизельная с фрезерованием (лущение на 8-10см, чизелевание на 38-40см один раз в три года, ранневесеннее боронование в два следа, предпосевное фрезерование под зерновые культуры и бобово-злаковую смесь на 8-10см, под картофель - предпосадочное фрезерование на 14-16см.

Таблица 1

Изучаемые факторы в полевом стационарном опыте 1

Факторы

А. Система основной обработки почвы

В. Система удобрений

С. Мелиоративные приемы обработки

1. Отвальная (контроль)

1. Без удобрений

1. Без чизелевания

2. Комбинированная

2. NPK

2. Чизелевание на  38-40см два раза в 6 лет

3. Фрезерная минимальная

3. 2 NPK

4. Фрезерная интенсивная

4. Солома + 2NPK

5. Отвальная с фрезерованием

5. Навоз 45т/га + NPK

 

6.Отвальная с дискованием

5. Навоз 90т/га + 2NPK

7.Чизельная с фрезерованием

6. Навоз 90т/га+ контроль

8.Трехярусная и отвальная с фрезерованием

7. 2N

9.Трехярусная и отвальная с фрезерованием

Исследования проводились на фоне внесения рекомендуемых в зоне доз минеральных удобрений, а система их применения под полевые культуры дана в таблице 4.

Почва опытного участка дерново-подзолистая среднесуглинистая, сформировавшаяся из покровного суглинка, подстилаемым с глубины 70-120см суглинистой мореной, обеспечивающая хорошую дренированность территории. В морфологическом отношении представлена однородным светло-серым цветом, комковато-пылеватой структуры. Ниже пахотного слоя залегает переходный подзолисто-иллювиальный горизонт, мощностью 8-12см. На опытном участке развернут во времени зернопаропропашной (плодосменный) севооборот: 1. вико-овес на зеленую массу. 2. озимая пшеница. 3. ячмень. 4. Картофель. 5. Ячмень. 6. овес.

Опыт 2. Трехфакторный (7*2*2) заложен на трансэлювиальном ландшафте (табл. 2.).

Исследования предусматривали изучение следующих вариантов основной и предпосевной обработки почвы под культуры:

  1. Отвальная (контроль) - лущение на 5-6 см, вспашка на 20-22 см, предпосевная подготовка МБК-5,4 на 6-8 см, раздельно, предпосевная культивация на 8-10см с одновременным боронованием, посев.
  2. Поверхностная - лущение на 5-6см + дискование на 10-12см предпосевная обработка и посев - те же, что и в варианте 1.
  3. Чизельная - лущение на 5-6см + чизелевание на 12-14см, предпосевная обработка и посев ячменя аналогична варианту 1.
  4. Плоскорезная – рыхление плоскорезом-глубокорыхлителем на 12-14 см, предпосевная обработка аналогична варианту 1.

Таблица 2

Изучаемые факторы в полевом стационарном опыте 2

Факторы

А.Система обработки

В.Севооборот

С.Эффективность последействия внесения соломы

1. Нулевая

2. Поверхностная

3. Чизельная

4. Отвальная

5. Роторная

6. Плоскорезная

7. Сочетание нулевой и отвальной

1. Зерновой с занятым паром (однолетние травы - озимая пшеница - овес - ячмень)

2. Зернопаропропашной (однолетние травы - озимая пшеница- кукуруза - ячмень)

1. Без соломы

2. С соломой

Наши исследования проводились в зерновом севообороте с занятым паром на вариантах без внесения  соломы.

Почвенный покров этого опытного участка представлен дерново-подзолистой среднесуглинистой почвой, сформировавшейся на покровном суглинке. Особенности его морфологического строения, гранулометрический состав и водно-физические показатели идентичны опыту 1.

Опыт 3. Двухфакторный (6*2) заложен на трансэлювиальном ландшафте (табл. 3).

При закладке опыта первоначально по фактору В (крутизна склона) условно были выделены два склона с уклонами 4° и 8°. Инструментальная съемка, проведенная нами, показала, что уклоны юго-западной экспозиции составляют 2-5° и 5-7°.

На опытном участке развёрнут во времени зернотравяной почвозащитный севооборот: 1. овёс. 2. ячмень с подсевом многолетних трав. 3. многолетние травы 1-го г.п. 4. многолетние травы 2-го г.п. на 1 укос. 5. озимая пшеница.

Таблица 3

Изучаемые факторы в полевом стационарном опыте 3

Факторы

А.Система обработки

В.Крутизна склона

1.Вспашка

1. 2-50

2.Вспашка + щелевание

3.Плоскорезная + щелевание

4.Плоскорезная + чизелевание

2. 5-70

5.Поверхностная + щелевание

6.Поверхностная

Для сравнения противоэрозионной эффективности разноглубинных приемов была разработана система основной обработки почвы под культуры почвозащитного севооборота. Лущение на глубину 8-10 см проводили общим фоном.

  1. Вспашка (отвальная), контроль - вспашка на 20-22см.

2) Вспашка со щелеванием - вспашка на 20-22см, щелевание ПЩН-3-35  на 38-40см при устойчивом промерзании почвы на глубину 3-5 см.

3) Плоскорезная усиленная щелеванием - плоскорезная обработка на 20-22см, щелевание ПЩН-3-35 на 38-40см.

4) Плоскорезная с одновременным чизелеванием - плоскорезная обработка на 20-22см с чизелеванием на 38-40см.

5) Поверхностная со щелеванием – дискование на 8-10см, щелевание ПЩН-3-35 на 38-40см.

6) Поверхностная – дискование на 8-10см.

Внутрипочвенный горизонтальный сток изучали на стационарных водобалансовых площадках 10х20 (200 м2).

Почвенный покров участка характеризуется широким развитием процессов водной эрозии и представлен сочетанием дерново-подзолистых почв с преобладанием слабо- и среднесмытых.

Таблица 4

Исходные показатели плодородия почв по вещественному составу

Опыты

1

2

3

Показатели

Слой почвы, см

Слой почвы, см

Слой почвы, см

0-20

20-40

0-20

20-40

0-20

20-40

Гумус общий (по Тюрину), %

1,61

0,88

1,76

0,76

1,82

1,65

рН солевой

5,5-5,8

4,8-5,0

4,5

4,4

5,6

4,5

Гидролитическая кислотность,

мг-экв./100г почвы

1,3

2,1

4,2

3,8

2,0

1,9

Сумма обменных оснований,

мг-экв./100г почвы

11,8

9,5

10,8

10,6

11,9

11,8

Степень насыщенности

основаниями, %

90,1

81,9

71,8

73,8

85,0

86,0

Подвижный фосфор

(по  Кирсанову), мг/100г почвы

4,0

5,5

7,9

4,7

16,0

13,0

Обменный калий

(по Масловой), мг/100г почвы

6,1

6,8

6,8

2,5

19,0

15,0

Все исследования проводились по общепринятым методикам и соответствовали ГОСТам.

Условия проведения исследований

В годы проведения исследований климатические условия отличались от среднемноголетних значений, как по температурному режиму, так и по количеству выпавших осадков.

Неравномерность выпадения осадков и резкая смена температуры в целом не приводила к существенному изменению гидротермических условий вегетационных периодов 1995-2009гг. (рис. 1).

По величине ГТК избыточное увлажнение во время вегетационного периода наблюдалось в 1998, 2001, 2006 и 2008 гг., где он превышал 1,6 при его максимальном значении 1,83 и 1,80 в 1998 и 2008 годах соответственно. В течение 1997, 2000, 2003, 2004 и 2009 годов увлажнение было достаточное и типичное для зоны южной тайги (ГТК 1,6-1,3).

Рис. 1. Изменение гидротермического коэффициента  за периоды

вегетации полевых культур.

Вегетационные периоды 1995, 1996, 1999 гг. характеризовались недостатком влаги при ГТК 1,3-1,0. В отдельные годы наблюдалась аномальная засуха, которая в лесной зоне отмечается в среднем один раз за 100 лет. Так в 2007 году вегетационный период был засушливым (ГТК 0,98), 2002 году - очень засушливым (ГТК 0,56).

Геоморфологические условия и микроклиматические показатели строения агроландшафтов.

На опытном участке в п. Голохвастово, где расположены опыты 1 и 2, рельеф выровненный с небольшими западинами, лощинообразными понижениями, которые широко распространены на платообразных водоразделах. Ландшафт - элювиальный и трансэллювиальный (рис.2). Дерново-слабоподзолистые почвы занимают 29% от общей площади и дерново-среднеподзолистые - 20%. Они образуют основной фон почвенного покрова.

Неоднородность почвенного покрова, связанная с эрозионно-аккумулятивным процессом, причиняет большой вред, так как обуславливает дифференциацию наступления физической спелости почвы для проведения агротехнических мероприятий. Кроме этого происходит перераспределение биофильных элементов по профилю и по территории, что приводит к неравномерному обеспечению растений питательными веществами.

Рис. 2. Фрагмент топографического плана и пластики рельефа территории опытных полей (М 1:10000, сечение диагоналей через 2м).

Ландшафтный профиль пересекает территорию опытов 1 и 2 с северо-запада на юго-восток (рис.3).

Опыт 1 расположен на элювиальном ландшафте, который представлен повышенным водоразделом с абсолютной высотой 190м и прилегающих к нему прямых пологих склонов крутизной до 1?. Внутренняя ландшафтная структура достаточно монотонна, доминируют урочища распаханных плоских водоразделов. Почвообразование не зависит от грунтовых вод, боковой приток материала отсутствует, а его расход осуществляется через сток и просачивание. Комплекс почв представлен дерново-неглубоко-и слабоподзолистыми, эрозионные процессы отсутствуют и на данном агроландшафте можно применять высокоинтенсивные технологии возделывания полевых культур без особых ограничений.

На трансэлювиальном ландшафте расположен опыт 2. К нему относятся склоны различной формы и крутизны, лощины и микротеррасы. Абсолютные высоты находятся в пределах 180-186м.

Рис. 3. Схема элементарных геоландшафтов опытов 1 и 2.

С верхних частей склонов вещества выносятся по профилю в сочетании с поверхностным переносом. На прямом склоне крутизной 2,80 комплекс смыто-намытых дерново-подзолистых неэродированных почв, на выпуклом склоне крутизной 3,0? появляется ареал эродированных смытых почв. Таким образом, в зависимости от интенсивности проявления эрозионных процессов необходима регламентация применения химических мелиорантов и пестицидов с учетом технологии их внесения (в частности исключение поверхностного).

Полевой опыт 3 расположен в районе п. Конаково, где преобладают окультуренные дерново-глубокоподзолистые легкосуглинистые почвы на лессовидном покровном суглинке. Участок представляет приподнятую плоскую дренированную равнину, расчлененную эрозионной сетью (рис. 4).

Рис. 4. Фрагмент топографического плана и пластики рельефа территории

опытного поля 3 (М 1:10000, сечение диагоналей через 2м).

На участке преобладают склоновый рельеф и пойма р. Пахры. Поверхность плакоров почти плоская, и лишь местами осложнена слабовыраженными, небольшими депрессиями, замкнутыми понижениями, неглубокими широкими длинными ложбинами.

Позиционно-динамическая ландшафтная структура показывает, что перераспределение стока проходит по водораздельным линиям. Сами линии стока располагаются перпендикулярно водоразделам и проходят по вогнутым участкам рельефа.

С северо-востока на юго-запад проложена катена (рис. 5)

Рис. 5. Схема элементарных геоландшафтов опыта 3.

(ТС –транссупераквальный, ТЭА – трансэлювиально-аккумлятивный, ТЭ – трансэлювиальный, Э – элювиальный).

Элювиальное звено состоит из двух доминирующих типов урочищ: распаханного волнистого водораздела и распаханных пологих приво-дораздельных склонов. Субаквальное звено - конечное в цепи катены представлено трансаквальным урочищем – р. Пахра. По характеру миграции и аккумуляции веществ на опыте 3 выделяются 2 основные категории элементарного геоландшафта. Верхняя часть опыта со склоном крутизной 5-7? (абсолютная высота 168-176м) и частично склон крутизной 3-5? (абсолютная высота 164-165м) относятся к трансэлювиальному ландшафту. Транзитное звено включает в себя покатые придолинные и крутые выпуклые прибалочные части долинных склонов. Здесь вынос веществ по профилю сочетается с интенсивным поверхностным переносом. Почвенный покров представлен средне-и сильносмытыми почвами. Нижняя часть склона крутизной 3-5? (абсолютная высота 161-164м) находится на трансэлювиально-аккумлятивном ландшафте, где перенос веществ сочетается с накоплением, что приводит к выполаживанию склона и сглаживанию поверхности. Трансаккумулятивная часть звена совпадает с делювиальным шлейфом и представляет собой урочище слабовогнутого долинного склона. Зона аккумуляции довольно протяженная (350м) с абсолютными высотами 160-162м и расположена в юго-западной части участка. Строение ландшафта определяет высокую контрастность природных комплексов в рамках всей катены, которое лимитирует техногенно-химическую нагрузку на почву и формирует систему агроэкологических ограничений. В аккумулятивном ландшафте должно быть исключено применение пестицидов I-II класса опасности и резко ограничено поверхностное внесение азотных удобрений.

Таким образом, наличие детальных материалов по геоморфологическому строению позволяет избежать ошибок при проведении агрономических мероприятий, а исследуемые опытные участки рассматривать как часть целостно функционирующей природной системы со сложившимися потоками вещества и энергии, которые оказывают сильное влияние на почвенные процессы и формирование урожая сельскохозяйственных культур.

Результаты исследований

Особенности учета функционирования склоновых земель при

 разработке АЛСЗ в Нечерноземной зоне

На опытном участке выделены фрагменты трех микроструктур почвенного покрова (рис. 6). Первая микроструктура - вогнутый дренированный склон крутизной до 30 в основном с автоморфными дерново-подзолистыми почвами в комплексе со слабо-глееватыми (до10%), а также дерново-подзолистые почвы ложбин и ложбинообразных понижений.

181

Условные обозначения

 крутизна склона 5-70

 крутизна склона 2-30

 крутизна склона 5-70

 среднеэрозионные автоморфные почвы в комплексе с дерново-подзолистыми эрозионно-опасными слабо- и сильносмытыми

 автоморфные дерново-подзолистые почвы в комплексе со слабо-глееватыми

 эрозионно-автоморфные почвы в комплексе с дерново-подзолистыми  и дерново-подзолистыми слабоглееватыми и глееватыми

Рис. 6. Карты микрорельефа и почвенная опыта 3 (распечатано с М 1:1000).

Вторая микроструктура - слабодренированный прямой пологий склон   крутизной 3-50. Почвенный покров представлен эрозионно-автоморфными почвами в комплексе с дерново-подзолистыми и дерново-подзолистыми слабоглееватыми (до 50%) и глееватыми (до 10%) почвами. Третья микроструктура – выпуклый склон крутизной 5-70 со среднеэрозионными автоморфными почвами в комплексе с дерново-подзолистыми эрозионно-опасными слабо-и сильносмытыми (до10%) почвами.

Сложность мезо-и микрорельефа, слабая водопроницаемость мате­ринской  породы создают разнообразие ландшафтно-экологических условий для почвообразования и возделываемых культур и являются первичной пространственной неоднородностью почвенного покрова элювиальных ландшафтов (рис. 7).

Группировка земель рассматривается с позиций последовательного преодоления лимитирующих условий и адаптации к экологически безопасным технологиям возделывания культур на основе применения ресурсосберегающих приемов обработки почвы.

Э

П

А

Крутизна склона, градус

Экспозиция склона

Форма

склона

Степень смытости почвы

Площадь ареала,  %

1

5-7

Ю ЮЗ

выпуклый

средне-смытая

13,5

2

2-3

Ю ЮЗ

покатый

слабо-смытая

10,7

3

3-5

Ю ЮЗ

покатый

средне-смытая

12,6

4

5-7

ЮЗ – 

Ю ЮЗ

двухскатный

слабо-смытая

18,2

5

2-3,

3-5

ЮЗ – 

Ю ЮЗ

двухскатный

вогнутый

намытые

25,5

6

3-5

Ю ЮЗ

двухскатный

вытянутый

намытые

19,5

Рис. 7. Агроэкологическая группировка земель опытного участка.

Трансформация дерново-подзолистых почв под действием

антропогенной нагрузки

В процессе сельскохозяйственного использования и интенсивного окультуривания подзолистые и дерново-подзолистые почвы коренным образом преобразуются. Изменения происходят не только на агрохимическом, агрофизическом, физико-химическом и биологическом уровнях, но и на морфологическом.

Почвозащитные разноглубинные приемы механической обработки, проводимые длительное время (более 25 лет) при окультуривании дерново-подзолистых почв Нечерноземной зоны, приводят к резкому изменению свойств и морфологических признаков только в верхней, обрабатываемой части профиля (В.К. Пестряков, Б.А. Никитин).

Изучение почвенных профилей перед закладкой опыта в 1980г. показало, что мощность пахотного слоя участка составляла 18-20 см, а сплошного подзолистого – 8-10 см (И.С. Кочетов). В дальнейшем его мощность и линия перехода определялись приемами обработки и типом сельскохозяйственных орудий: плуг, плоскорез, чизелеватель, лущильник.

При окультуривании дерново-подзолистых почв в вариантах с ежегодной вспашкой в оборот вовлекается не только перегнойно-аккумулятивный горизонт, но и часть подзолистого. Мощность пахотного слоя колеблется от 24см в верхней до 28см в нижней части склона. На вариантах вспашки и вспашки усиленной щелеванием увеличение пахотного слоя происходит за счет припахивания нижележащего горизонта А2 и частично А2В. Кроме того идет вымывание водорастворимых органических веществ из верхней части пахотного слоя, поэтому он имеет серую с коричневатым оттенком окраску, рыхлое сложение, комковатую структуру (рис. 8).

В нижней и верхней части склона крутизной 2-30 подзолистый горизонт выражен слабо и мощность его не превышает 15см (разрезы 2, 3). В остальных случаях горизонт А2 не выделяется в виде сплошного слоя, а состоит из отдельных линз различной величины и формы. Структура в этом горизонте представлена тонкопластинчатыми и мелкоореховатыми отдельностями.

Рис. 8. Строение почвенных профилей по катене

(вспашка на глубину 20-22см, I повторение).

Таким образом, увеличение мощности пахотного слоя за счет горизонта А2 всегда ведет к относительному увеличению кремнеземистой присыпки, что, обусловливает сильную распыленность, снижение водопрочности, образование почвенной корки, ухудшение газообмена.

Такая неоднородность по строению почвенных профилей создает определенные проблемы при проведении предпосевной обработки почвы, которые связаны с разнокачественностью наступления физической спелости почвы.

Динамика развития эрозионных процессов и приемы

регулирования эрозионной опасности в адаптивно-ландшафтных

системах земледелия

Ресурсосберегающие приемы обработки почвы в развитии эрозионных процессов играли неоднозначную роль. Их эффективность в регулировании формирования и прохождения поверхностно стока талых вод и смыва почвы  определялась природными факторами (которые постоянно меняются) и ландшафтными условиями.

В формировании поверхностного стока талых вод ведущую роль играл сезонно-мерзлотный режим дерново-подзолистой почвы, который включает: скорость промерзания и оттаивания профиля, мощность промерзшего слоя и т.д.

Глубина промерзания почвы зависела от ряда основных факторов: температуры воздуха в начале и в течение холодного периода, времени установления постоянного снежного покрова, влажности почвы в осенний период (табл. 5).

В годы наших наблюдений глубина промерзания почвы к началу снеготаяния варьировала от 10 см в несмытых до 50 см в профиле сильносмытых, что вполне согласуется с предыдущими исследованиями.

Неоднородность формирования снежного покрова зависела в основном от сложности рельефа  и экспозиции склона.

Таблица 5

Глубина промерзания  в различные по снежности гидрологические годы

Тип холодного

периода

Количество лет по

повторяемости

Средняя температура воздуха, 0С

(ср. мнг. -7,9)

Количество осадков, мм (ср. мнг. 30,8)

Высота снежного покрова, см

Глубина

промерзания. см

Очень малоснежный

1

-2,7

35,2

9,2

38,9

Малоснежный

6

-4,4

36,6

26,2

20,3

Нормальный

6

-5,1

36,7

34,4

24,2

Многоснежный

2

-5,4

44,3

51,2

24,5

В нижней части склона происходит выдувание снежной массы и перенос ее на подветренную сторону (рис. 9).

Подпись: Рис. 9. Характер распределения снежного покрова, см.Высота снежного покрова оказывала незначительное влияние (R= 0,3) на запасы воды в нем (рис. 10). В большей степени водность снежной массы определялась погодными условиями холодного периода. Следствием колебаний термического режима и общего существенного потепления стало резкое сокращение запасов воды в снеге, формирование внутриснежных промежуточных стоков и ледяной корки, повышение влажности и степени промерзания пахотного горизонта. Это оказало значительное и разностороннее влияние на условия формирования поверхностного стока и процессы разрушения почвы в период снеготаяния.

На склоне крутизной 2-5° в среднем по вариантам обработки максимальные запасы воды за зимний период составили 141,9мм, а на склоне крутизной 5-7° - 139,9 мм.

Многолетняя же величина аккумулированной влаги в снеге достигает для данной зоны около 115 мм, а в условиях опыта за 1995-1999гг. она составляла около 60мм, 2000-2003 гг. - около 93мм, 2003-2009гг. – около 75мм.

Рис. 10. Высота снежного покрова и запасы воды в нем перед таянием в период

исследований.

Объемы стекающей воды зависели от высоты снежного покрова, экспозиции склона и температурного режима в период таяния снега. Наблюдается обратная зависимость высоты снежного покрова и запасов воды в снеге от уклона местности.

Интенсивность развития водной эрозии от талых вод в значительной степени определялась способом и глубиной основной обработки почвы. Установлено, что отвальный способ обработки почвы имел существенное преимущество перед безотвальным. Вспашка и вспашка со щелеванием сокращали объем поверхностного стока на 8% на склоне крутизной 2-50 и на 12% на склоне крутизной 5-70, по сравнению с поверхностными обработками (рис. 11).

Склон крутизной 2-50

Склон крутизной 5-70

Рис. 11. Действие обработок на поверхностный сток на склонах различной крутизны.

Чизелевание снижало объем стекающей воды только на пологом склоне крутизной 2-50. На ареале среднесмытой почвы (склон крутизной 5-70) поверхностные приемы обработки имели существенное преимущество перед плоскорезными. По общему объему поверхностного стока талых вод существенных различий на склоне крутизной 2-5о по изучаемым вариантам обработки не установлено. При увеличении крутизны склона, лучшие стокорегулирующие свойства проявила вспашка поперек склона, где непроизводительные потери влаги снизились по сравнению с другими вариантами на 0,7 – 5,3мм.

Важное место в системе регулирования стока талых вод на склоновых землях принадлежит внутрипочвенному стоку (рис. 12). Перераспределение части стока талых вод с поверхности почвы в нижележащие ее горизонты при определенных условиях оказывает положительное влияние на интенсивность разрушения почвы стекающими водами (И.С. Кочетов).

Движение воды в почве на глубине 0-50 см было отмечено нами только  7 лет из 15. На склоне крутизной 2-5о объем внутрипочвенного стока был небольшим, всего 10-20% от объема поверхностного стока. На склоне крутизной 5-7о он проходил более интенсивно, где общий его объем составлял 40-60%.

В последнее время интенсивность эрозионных процессов из-за потепления холодного периода ослабла. Так за 15 лет наблюдений потери смытой почвы были незначительными и составили 1,31т/га в среднем по всем изучаемым вариантам обработки на склоне крутизной 2-50 с максимальным смывом по поверхностной обработке (0,28т/га) и 12,72т/га на склоне крутизной 5-70 при большей эродированности варианта обычной вспашки  (2,92т/га).

Склон крутизной 2-5 градусов

Склон крутизной 5-7 градусов

Рис. 12. Действие противоэрозионных обработок на объем внутрипочвенного стока (мм) на склонах разной крутизны.

Подпись: Рис. 13. Трансформация почвенного покроваДействие эрозионных процессов на протяжении 25 лет на фоне применения разноглубинных приемов обработки привели к трансформации  почвенного покрова (рис. 13).

Ареал сильносмытых почв на склоне крутизной 5-70 в результате расширенного воспроизводства плодородия трансформировался в среднесмытые. Увеличилась площадь намытых почв на склоне крутизной 2-50, что свидетельствует о разной степени влияния почвозащитных приемов на трансформацию почвенного покрова.

Исследование регулирования показателей плодородия почвы в

 повышении продуктивности и агроэкологической устойчивости

агроландшафтов       

Изменение агрофизических показателей плодородия в зависимости от интенсивности основной обработки

Почвенное обследование показало, что мощность пахотного слоя варьирует в зависимости от крутизны склона и микрорельефа (рис. 14). Так на склоне крутизной 5-70 его мощность увеличивалась от верхней части к нижней. В верхней части склона почвы  сильносмытые. На склоне крутизной 2-50, который имеет вогнутую форму более мощный пахотный горизонт в средней части. Действие вариантов обработки нивелировалось расчлененностью рельефа и переносом почвы в результате эрозионных процессов. На втором повторении в ареале намытых почв даже при поверхностной обработке пахотный горизонт имеет мощность 33см.

На опыте в условиях склонового рельефа минимальное значение мощности пахотного слоя составляет 10см и соответствует верхнему элементу склона 5-70, где проводилась вспашка. В этой части склона берет начало вектор эрозиии и деградационные процессы идут более интенсивно, приводя к потери верхнего плодородного слоя.

На плакорных участках опыта 1 более четко выражено действие разноглубинных обработок. Более мощный пахотный горизонт создается в результате ярусной обработки и чизелевания. Минимализация сохраняет его практически на исходном уровне 18-20см.

Таким образом, мощность пахотного горизонта подвержена изменению под действием природных факторов на склоновых полях и антропогенных –  на плакорных землях.

Опыт 3

Описание: C:\Documents and Settings\Ольга\Рабочий стол\МОЯ 11\Ячмень 99\А пах 7.bmp

Опыт 1

Рис. 14. Изменение мощности пахотного слоя почвы под действием различных приемов обработки почвы и рельефа.

Агрофизические свойства и физические процессы, протекающие в почве, во многом определяют направленность почвообразования, условия для роста и развития растений и служат критериями при разработке различных по способу и глубине приемов обработки.

Установлено, что в годы с аномальными условиями плотность сложения почвы в меньшей степени зависела от способов обработки и крутизны склона, а в большей от глубины и степени промерзания (рис. 15).

Рис. 15. Динамика изменения плотности почвы в годы исследований.

Плотность почвы обладает значительной пространственной изменчивостью и варьирует от точки к точке в пределах одного повторения. Закономерности ее пространственной изменчивости представлены на картограммах (рис. 16). В среднем плотность сложения в корнеобитаемом слое на склоне крутизной 5-7о варьировала в пределах 1,10-1,70г/см3. Безотвальные обработки имели существенное преимущество перед отвальными и снижали плотность на 4-5%. Самые низкие значения были отмечены на фоне поверхностных обработок. Такая же тенденция наблюдалась и на склоне крутизной 2-5о. С увеличением крутизны склона она возрастала на 3-7%.

Разброс значений исследованных показателей достаточно велик. Так, хотя основная масса значений сосредоточена в узком диапазоне, есть участки как со значениями, относящимися к очень плотным, так и к  рыхлым.

Статистический анализ данных показал, что по средним значениям плотности ключевой участок попадает в категорию благополучных – она близка к равновесной (табл. 5).

Рис. 16. Картограммы пространственного распределения плотности почвы, г/см3.

Рис. 17. Картограммы пространственного распределения влажности почвы, %.

Таблица 5

Статистическая характеристика плотности (г/см3)/ влажности (%) почвы.

Характеристика

Плотность почвы. г/см3

Влажность почвы. %

Слой почвы

0-10

10-20

20-30

30-50

50-70

0-10

10-20

20-30

30-50

50-70

Минимум

1,07

1,07

1,11

1,12

1,03

6,1

6,0

4,5

3,9

2,9

Нижний квантиль

1,24

1,25

1,23

1,35

1,32

6,7

7,1

7,0

10,5

12,0

Медиана

1,37

1,38

1,35

1,51

1,54

7,7

7,9

10,7

13,2

15,3

Верхний квантиль

1,40

1,51

1,52

1,58

1,61

8,8

10,3

12,6

14,0

16,5

Максимум

1,60

1,73

1,63

1,86

1,88

9,7

17,1

15,6

23,8

22,0

Среднее

1,35

1,39

1,36

1,47

1,50

7,6

8,9

10,0

12,2

14,0

Стандартное отклонение

0,14

0,16

0,16

0,18

0,21

1,05

2,49

2,94

4,04

4,08

Неоднородность почвенного покрова по плотности сложения находит свое отражение в значительном варьировании практически во всех слоях. Близким размахом значений плотность характеризуется в слоях 0-10 см и 10-20см. При этом наблюдается некоторое уплотнение почвы в подпахотном горизонте, что связано с формированием плужной подошвы в слое 30-40см.

Относительно низкие значения плотности в слое 50-70см приурочены к ареалам намытых почв. Тяжёлый гранулометрический состав почвы способствует и повышенному уплотнению подпахотного горизонта, что так же негативно сказывается на росте и развитии растений, особенно тех, для которых характерна глубоко проникающая корневая система

Частые и глубокие оттепели в осенне-зимний период, неглубокое промерзание почвенного профиля приводили к отсутствию эффекта разуплотнения под действием «промораживания – оттаивания» и усилению уплотняющего действия гравитационных сил влаги фильтрующейся при оттепелях. В годы с нормальным и повышенным увлажнением оптимальная плотность пахотного слоя для полевых культур почвозащитного севооборота равнялась 1,30-1,35г/см3, а в условиях недостаточного увлажнения – 1,40-1,45 г/см3.

Особенностью изучаемого участка является усложнённость мезорельефа ярко выраженным микрорельефом. Повсеместно развит нанорельеф антропогенного происхождения, представленный гребнями, бороздами, западинками и бугорками с перепадом высот до 10 и более сантиметров. Такие формы рельефа оказывают негативное влияние на рост и развитие культур за счёт изменения влажности почвы, особенно в ранневесенний период.

Анализ влияния разноглубинных почвозащитных обработок на влажность почвы показывает, что ни одна из применяемых систем не имела существенного преимущества (рис. 17).

Максимальная влажность почвы отмечена на водораздельном участке.  На 1 повторении отмечено снижение влажности почвы от верхнего элемента к нижнему на обоих склонах. На нижнем элементе при крутизне склона 5-70 выявлено переувлажнении почвы за счет стекания воды по профилю.

С уменьшением крутизны склона влажность почвы существенно снижалась по всем вариантам обработки. В пониженных местах наблюдалось повышение увлажнения за счет притока поверхностных и подземных вод и недостаточного их оттока.

Установлена тесная прямая зависимость между плотностью и влажностью в слое  почвы 0-20см (R=0,60) и обратная - в слое 20-40 в начале вегетации (R= -0,42) и слабая прямая в конце вегетации.

Одним из факторов, влияющих на физические свойства почвы, а следовательно на условия развития эрозионных процессов, является почвенная структура. Важной количественной ее характеристикой является коэффициент структурности. Он сильно изменяется  под воздействием, как обрабатывающих орудий, так и природных факторов.

В среднем за годы исследований коэффициент структурности характеризовался достаточно высокими значениями от 1,4 до 3,8. При увеличении крутизны склона и степени смытости коэффициент структурности снижался в среднем на 10-14% (рис. 18, 19). 

Роль отдельных полевых культур в образовании структуры почвы севооборота выделить трудно. Однако заметна тенденция увеличения коэффициента структурности почвы под многолетними травами на 15-20%.

Рис. 18. Динамика изменения коэффициента структуры почвы в годы исследований.

Почвозащитные обработки в условиях сложного рельефа способствовали определенной дифференциации показателей и качественной характеристики структурного состояния пахотного и подпахотного горизонтов – водопрочности (рис. 19).

Рис. 19. Динамика изменения водопрочности почвы.

За 15 лет выявлена общая тенденция увеличения содержания водопрочных агрегатов в слое 0-40см при возделывании ячменя и  многолетних трав. Содержание водопрочной структуры при возделывании культур в севообороте при безотвальных обработках (поверхностной и плоскорезной) на обоих склонах было несколько выше, чем на вспашке. Так, на склоне крутизной 2-50 максимальное количество водопрочных агрегатов в корнеобитаемом слое  составило 46,1%, что на 8,5% выше по сравнению с контролем. На склоне крутизной 5-70 тенденция распределения аналогичная, но отличается незначительным уменьшением показателей по всему склону. По картограмме пространственного распределения водопрочных агрегатов видна дифференциация по элементам рельефа. В верхних частях обоих склонов отмечено невысокое их содержание, а в нижних - повышенное (рис. 20).

Склоновые процессы, связанные с действием сил гравитации (с плоскостным смывом) перерабатывают первичные склоны, определяют их дальнейшее развитие, подразделяя на денудационные и аккумулятивные. Денудационные склоны возникают в результате процессов сноса и разрушения, которые усиливаются при низком содержании водопрочных агрегатов.

Улучшение структурного состояния почвенного покрова отмечено в аккумулятивной зоне, а увеличение водопрочности происходит от вершины к подножью склонов.

К стр оз пш 04

Водопрчность оз пш

Коэффициент структурности

Содержание водопрочных агрегатов, %

Водопроницаемость, мм/мин

Рис. 20. Картограммы пространственного распределения показателей структурного состояния почвенного покрова и его водопроницаемости.

Выявленная пространственная вариабильность содержания водопрочных агрегатов выражается в большем колебании значений (табл. 6).

Таблица 6

Статистическая характеристика значений водопрочности и коэффициента

структурности почвы.

Характеристика

Водопрочность, %

Коэффициент структурности

Начало вегетации

Конец вегетации

Начало вегетации

Конец вегетации

Слой почвы, см

0-20

20-40

0-20

20-40

0-20

20-40

0-20

20-40

Минимум

27,1

24,3

31,9

26,8

0,9

0,4

0,4

0,6

Нижний квантиль

39,3

30,8

43,9

35,5

1,5

1,1

0,7

1,2

Медиана

43,4

35,8

49,4

39,7

1,8

1,5

1,2

1,8

Верхний квантиль

46,7

40,7

54,7

45,2

2,4

2,4

1,5

2,2

Максимум

53,3

44,6

63,9

52,2

4,0

5,1

3,9

5,0

Среднее

43,0

34,9

48,8

39,5

2,0

1,8

1,2

1,8

Стандартное отклонение

6,02

5,57

7,27

6,09

0,74

1,07

0,65

0,85

Таким образом, водно-склоновые процессы связаны с проявлением плоскостного смыва и разрушением склонов мелкими временными струями воды приводят к анизотропии качественной характеристики структурного состояния почвенного покрова.

Исследованиями установлено, что основное влияние на величину водопроницаемости в период вегетации культур почвозащитного севооборота оказали влажность и плотность сложения почвы, а также крутизна склона (рис. 19, 21).

Действие вариантов разноглубинной обработки нивелировалось за счет приближения значения плотности почвы к равновесной. Снижение нагрузки на почву за счет проведения поверхностной обработки способствовало более интенсивному впитыванию воды верхним слоем на обоих склонах, где она составляла 4,13мм/мин на склоне крутизной 5-7о и 5,7мм/мин на склоне крутизной 2-5о, что связано с мульчирующим эффектом растительных остатков и более низкой плотностью его сложения.

Рис.  21. Динамика водопроницаемости почвы за период исследований.

В слое 20-30 см в вариантах со вспашкой и поверхностной обработках отмечено разное снижение водопроницаемости (0,12-0,36 мм/мин), что объясняется накоплением остаточных деформаций в этом слое при интенсивном воздействии на него ходовых систем тракторов и рабочих органов почвообрабатывающих орудий.

Оценка водопроницаемости дерново-подзолистой почвы разной степени смытости по профилю показала, что верхняя часть пахотного горизонта имела более высокую водопроницаемость (1,87-5,7 мм/мин) (рис. 22, 23).

 

Вспашка

Поверхностная

Рис. 22. Водопроницаемость профиля почвы на склоне крутизной 2,50

 

Вспашка

Поверхностная

Рис. 23.  Водопроницаемость профиля почвы на склоне крутизной 5-70.

Взаимосвязи между агрофизическими свойствами не высокие и наиболее сильными они оказались между значениями влажности почвы и ее водопроницаемостью, а менее выражены - между влажностью и плотностью почвы. Таким образом, влажность и водопроницаемость почвы образуют в пространстве стабильные структуры, а в остальных случаях, помимо устойчивых, имеются и хорошо выраженные случайные колебания, что приводит к существенно более низким коэффициентам корреляций.

В годы проведения исследований почвозащитные приемы обработки почвы по-разному влияли на агрофизические показатели плодородия дерново-подзолистой почвы (табл. 7).

Таблица 7

Влияние противоэрозионных обработок на агрофизические свойства корнеобитаемого слоя (0-40см) почвы.

Варианты обработки

Плотность

г/см3

Влажность

%

Водо-прочность,

%

Коэффи-циент структур-ности

Водопро-ницаемость, мм/мин

Крутизна склона – 5-7о

Вспашка

1,47

19,1

38,0

1,8

1,6

Вспашка + щелевание

1,45

19,5

39,7

1,7

1,7

Плоскорезная +щелевание

1,46

19,7

40,9

1,8

1,8

Плоскорезная +чизелевание

1,46

19,6

41,7

1,9

1,9

Поверхностная +щелевание

1,45

19,3

42,2

2,2

1,8

Поверхностная

1,46

19,5

40,3

2,4

1,9

Крутизна склона – 2-5о

Вспашка

1,44

19,2

42,2

2,2

1,7

Вспашка + щелевание

1,44

18,7

41,3

2,3

1,7

Плоскорезная +щелевание

1,43

19,2

40,2

2,4

1,7

Плоскорезная +чизелевание

1,43

19,3

43,2

2,4

2,0

Поверхностная +щелевание

1,43

19,1

46,0

2,6

2,0

Поверхностная

1,43

19,6

46,2

2,8

2,0

НСР05      А

В

0,02

0,01

0,51

0,29

1,82

1,05

0,20

0,12

0,24

0,14

Применение поверхностных приемов обработки способствовало разуплотнению корнеобитаемого слоя, дополнительному увлажнению верхней части профиля, увеличению содержания водопрочных агрегатов, повышению коэффициента структурности и усилению фильтрации воды в нижележащие горизонты.

Изменение агрохимических показателей плодородия почвы под

 воздействием приемов обработки разной степени интенсивности.

Агрохимические свойства почвы определяются процессами, происходящими в основном, между ее твердой и жидкой фазами. По закону действующих масс в почве образуются и поступают в раствор различные вещества, в ней устанавливается подвижное равновесие между твердой частью и почвенным раствором. Под воздействием эрозионных процессов происходит разрушение и смыв верхнего слоя и формирование почв с худшими агрохимическими показателями.

Величина потерь биогенных элементов в результате проявления эрозионных процессов в существенной мере зависит от геоморфологического строения поверхности, организации территории и систем ведения хозяйства. При этом большую роль играют состояние агрофона и способ обработки почвы.

Наглядное представление о «географии» перераспределения элементов питания и гумуса на территории опытных полей представлено ниже на рисунке 24.

Анализ агрохимических свойств эродированных дерново-подзолистых почв показывает, что изменения агрономически значимых параметров плодородия при интенсивном использовании почв склонов, в том числе и с применением почвозащитных агротехнических мероприятий имеют убывающую направленность.

Эрозионные процессы, протекающие на склоновых землях, определяют увеличение содержания элементов питания на среднем и нижнем элементах.

Минимальное содержание общего азота в слое0-10см приурочено к ареалу смытых почв, который находится в верхней части склона крутизной 5-70 на вариантах отвальной обработки почвы и составляет 0,1мг/кг. В слое 10-20см снижение содержания азота происходит по безотвальному фону обработки. Он вымывается по вариантам поверхностных обработок в результате внутрипочвенного горизонтального стока. Причем эта тенденция наблюдается в подпахотных горизонтах на обоих склонах. Вследствие большой подвижности этого элемента происходит его аккумуляция в нижних частях склонов, где содержание составляет 0,15мг/кг.

Содержание фосфора в основном определялось способом обработки почвы и в меньшей мере рельефом. По агрофону с оставлением стерни на поверхности поля отмечены наибольшие значения при максимальном уровне на поверхностных обработках в слое 0-10см и плоскорезных в слое 10-20см. В подпахотном горизонте фосфора больше при проведении отвальных обработок. В среднем по повторению показатели содержания фосфора почвы варьировали в широких пределах: от 242 до 430 в слое 0-10см, от 204 до 372 в слое 10-20см и от 92 до 231мг/кг почвы в слое 20-40см.

При характеристике пространственного распределения калия четко прослеживается его снижение от вершины к подножию склона. Причем, на более крутом и выпуклом склоне в его средней части видно направление потоков изменяется от продольного до веерного. На склоне крутизной 2-50 тенденции совпадают с распределением фосфора.

 


Общий азот

Подвижный фосфор

Обменный калий

Рис. 24. Картограммы пространственного распределения биофильных элементов (мг/кг почвы).

Картограммы пространственного распределения элементов питания  показывают, что конфигурации участков с разными уровнями обеспеченности питательными веществами, оказываются весьма сложными и не совпадают между собой, что затрудняет агроэкологическую группировку земель. При  достаточно высоких средних показателях на участке есть площади, которые по содержанию отдельными питательными веществами попадают в область от неудовлетворительного до избыточного обеспечения. Размеры их контуров весьма разнообразны – от 100 до 700м2.

Статистический анализ данных показал, что основная часть значений этих показателей лежит в области высокой и очень высокой обеспеченности, но есть значения, попадающие в области низкой обеспеченности, а также превышающие оптимальные значения в несколько раз (табл. 8).

Таблица 8

Статистическая характеристика распределения биофильных элементов, мг/кг почвы

Характеристика

Слой почвы, см

0-10

10-20

20-40

 

N

P

K

N

P

K

N

P

K

Минимум

0,10

240

161

0,08

204

155

0,04

92

77

Нижний квантиль

0,12

325

206

0,11

261

185

0,05

106

111

Медиана

0,13

360

225

0,12

298

206

0,07

126

144

Верхний квантиль

0,14

384

248

0,13

336

231

0,08

157

180

Максимум

0,15

430

320

0,15

372

295

0,11

231

231

Среднее

0,13

350

229

0,12

293

213

0,07

138

146

Стандартное отклонение

0,01

46,7

35,6

0,02

46,1

31,2

0,01

39,3

39,6

По средним значениям исследованных свойств участок попадает в категорию со средним и высоким уровнем окультуренности.

Разброс значений показателей рН достаточно велик, хотя основная масса значений сосредоточена в узком диапазоне от 4,5 до 5,0, но есть участки как со значениями, относящимися к среднекислым, так и с величиной pH превышающей 6,5 единиц (рис. 25, табл. 9).

Опыт 3

Опыт 1

Рис. 25. Картограммы пространственного распределения рН.

На плакорных землях в условиях опыта 1 пространственное распределение рН связано с внесением различных доз минеральных и органических удобрений. Ареалы со значениями 5,0-5,5 приурочены к вариантам с повышенным применением минеральных удобрений, а со значениями в диапазоне 7,0-7,5 – органических.

Таблица 9

Статистическая характеристика рН почвы.

Показатель

Слой почвы 0-20см

Слой почвы 20-40см

Минимум

4,3

4,3

Нижний квантиль

4,6

4,8

Медиана

4,9

4,9

Верхний квантиль

5,1

5,3

Максимум

6,2

6,2

Среднее

4,9

5,0

Стандартное отклонение

0,48

0,48

Таким образом, интенсивное вымывание из почвы талыми водами в результате эрозии обменных оснований (кальция и магния) способствует росту кислотности,  что требует проведения периодического известкования дифференцированными дозами.

Рельеф является ведущим фактором, обуславливающим дифференциацию почв на земной поверхности. Однако в разных условиях его влияние может быть нивелировано другими факторами (почвообразование, обработка и т.д.).

При наличии значительного перепада высот корреляции почвенных свойств с характеристиками рельефа оказались в большинстве незначимыми, что может быть обусловлено как воздействием на почвенный покров, разрушившим естественные связи, так и нелинейным характером зависимостей. Обнаружена слабая, но устойчивая отрицательная корреляция содержания элементов питания с крутизной склона.

Установлено, что участки с повышенными и низкими значениями агрохимических показателей плодородия имеют в пространстве самые разные контуры, от малоразмерной пятнистости до сравнительно крупных выделов в пределах угодья, что вызывает необходимость воздействовать на сельскохозяйственное угодье фронтально, меняя средний уровень свойств на всем участке. При сильной неоднородности почвенного покрова целесообразно провести реорганизацию территории с изменением границ полей севооборотов.

Особенности формирования фитосанитарного потенциала

 агрофитоценоза при энергосберегающих почвозащитных 

системах обработки почвы

Состав и структура сорного компонента агрофитоценоза

До последнего времени сельскохозяйственное угодье рассматривалось как целостный объект, на котором для борьбы с сорняками проводились фронтальные обработки гербицидами. При таком подходе неизбежно возникают ситуации, когда в местах скопления сорняков обработки будут малоэффективны, а в местах их отсутствия - нецелесообразны. Последствия этого – нарушение экологической обстановки (что особенно актуально в условиях склонового рельефа) и  появления резистентности сорняков.

Современный состав сорного компонента агрофитоценоза формировался на протяжении длительного времени (более 25 лет) и под воздействием различных факторов он постоянно изменялся.

Почвозащитные технологии, основанные на безотвальных приемах обработки, значительно ухудшают фитосанитарное состояние почвы, в которой процесс снижения потенциальной засоренности является длительным и требует целенаправленной работы, особенно на склоновых землях.

Картограммы пространственного распределения семян сорных растений показывают, что применение плоскорезной и поверхностной обработок приводит к увеличению потенциальной засоренности почвы (рис. 26). Количество семян в слое 0-40см при поверхностной обработке было выше, по сравнению с контролем на склоне крутизной 2-50 – в 2,8 раза, а на склоне крутизной 5-70 – в 1,5 раза. При этом 2/3 количества семян от общего запаса находятся в слое 0-10, а на делянках со вспашкой они распределялись относительно равномерно. Проведение чизелевания способствовало увеличению банка семян в слое 20-40см. По всем вариантам обработки потенциальная засоренность была выше на склоне крутизной 2-50 и варьировала от 652шт/м2 на контроле до 1866шт/м2 на варианте поверхностной обработки в сочетании со щелеванием. Действие рельефа проявлялось в аккумулировании семян сорняков на нижних элементах.

Учеты засорённости посевов различных культур в течение 15 лет на склонах различной экспозиции и крутизны позволили выявить значительные изменения численности и характера засорённости по элементам рельефа в зависимости от способов основной обработки почвы.

Малолетние сорные растения преимущественно были представлены 3-мя биогруппами и 14-ю видами. Эфемеры - Stelaria media; яровые ранние - Galeopsis tetrahit, Chenopodium album, Fumaria officinalis, Polygonum convolvulus, Polygonum avicularie, Raphanus raphanistrum, Galium aparine; зимующие - Centaurea cyanus, Matricaria inodora, Viola arvensis, Thlaspi arvense, Vicia anqustifolia, Capsella bursa pastoris.

Видовой состав многолетних сорных растений был представлен следующими биогруппами: корнеотпрысковые - Sonchus arvensis, Cirsium arvensis, Convolvulus arvensis; корневищные - Agropyrum repens, Equisetum arvense; стержнекорневые - Taraxacum officinale.

Больший удельный вес в видовом составе имели яровые ранние, зимующие и корнеотпрысковые, как наиболее экологически-пластичные к потеплению климата, дефициту осадков в период вегетации и быстрому прогреванию почвы весной (рис. 27).

Анализ картограмм показывает, что пространственное распределение  малолетних сорных растений носит кластерный характер. Контуры с максимумом яровых ранних сорняков располагаются на нижнем элементе склона крутизной 5-70 в районе третьего повторения.

Яровые ранние

Зимующие

Корнеотпрысковые

Рис. 27. Картограммы распределения сорных растений.

На остальной части численность сорных растений не превышает ЭПВ. Однако стоит отметить, что на первом повторении  в верхней части они присутствуют  в виде небольших абрисов. Такой характер распределения связан с недостатком влаги на верхнем элементе за счет стекания и быстрым высыханием почвы слоя 0-5см.

На склоне крутизной 2-50 выявлена более высокая пестрота распределения сорняков. Контуры с численностью превышающей ЭПВ сменяются контурами с численностью ниже ЭПВ. Особенно четко такая цепь прослеживается на верхней части склона, что обусловлено действием приемов обработки почвы.

Более выравненное пространственное распределение прослеживается в распространении зимующих сорных растений. Кластеры с численностью выше ЭПВ находятся на бровке склонов и контуры их небольшие - всего 1,5-2% от территории поля.

Для корнеотпрысковых (осот полевой, бодяк полевой) характерно распространение по территории пятнами («patchy»), которое имеет множество причин, одна из которых их биологические особенности. Основные контуры (с численностью выше ЭПВ) корнеотпрысковых сорных растений располагаются на первом повторении, но их экологическая пластичность позволяет им закрепляться в местах с неблагоприятным водно-воздушным режимом, который характерен для верхней части склона с комплексом среднесмытых почв.

Таким образом, интенсивность обработки почвы, применение гербицидов, а также агроэкологические условия рельефа оказывают существенное влияние на распределение сорных растений по элементам склона.

Обилие сорного компонента агрофитоценозов тесно коррелировало с потенциальной засоренностью - коэффициент корреляции составил 0,82.

Рассматривая изменение численности сорняков в динамике можно отметить ее превышение ЭПВ по всем изучаемым вариантам (табл. 10). Почвозащитные безотвальные приемы заметно ухудшали фитосанитарное состояние, особенно на вариантах поверхностных обработок. На склоне крутизной 2-50 создавались лучшие условия для жизни и произрастания сорных растений, что обусловило его большую на 60-70% засоренность в сравнении со склоном крутизной 5-70.

Насыщение севооборота зерновыми культурами приводило к увеличению засоренности ячменя, как наименее конкурентноспособной культурой в 2-3 раза по сравнению с посевами овса и в 4-7 раз – озимой пшеницы. С увеличением срока использования многолетние травы имеют более выраженную конкурентную способность и в первый год пользования обилие сорного компонента не превышало ЭПВ, а ко второму - по отвальным обработкам произошло снижение засоренности, а применение безотвальных (особенно поверхностной) способствовало увеличению численности как малолетних, так и многолетних сорных растений.

Таблица 10

Влияние противоэрозионных обработок на засоренность посевов, шт.

(числитель - всего, знаменатель – в том числе многолетние)

Варианты обработки (А)

Культуры

В среднем за ротацию

Оз.пшеница 2004г

Овес

2005г

Ячмень

2006г

Мн. травы 1гп

2007г.

Мн. травы 2гп

2008г.

Крутизна склона – 5-7о (В)

Вспашка

52/2

97/10

183/20

26/11

4/4

72/9

Вспашка +

щелевание

57/1

101/9

195/21

23/7

8/6

77/9

Плоскорезная +

щелевание

83/1

103/9

248/24

23/7

12/8

94/10

Плоскорезная +

чизелевание

69/1

107/11

284/27

20/10

25/7

101/11

Поверхностная +

щелевание

87/1

116/12

293/26

32/17

28/16

111/14

Поверхностная

66/1

128/13

290/25

20/13

54/24

112/15

Крутизна склона – 2-5о (В)

Вспашка

89/3

203/10

229/16

40/7

14/0

115/9

Вспашка +

щелевание

91/2

186/11

254/19

42/6

15/1

118/8

Плоскорезная +

щелевание

99/4

209/9

329/20

36/4

13/5

137/8

Плоскорезная +

чизелевание

114/1

219/13

354/15

19/5

16/6

144/8

Поверхностная +

щелевание

121/4

218/13

400/15

15/5

39/8

159/9

Поверхностная

106/1

210/16

425/16

22/5

33/7

159/9

Установлено, что численность сорных растений не всегда отражает уровень их вредоносности. Для более полной оценки необходимо определять их сухую массу, которая более полно характеризует конкурентоспособность культурных растений (рис. 28).

Наибольшее накопление сухой массы сорных растений отмечается на вариантах, где в качестве основной обработки применялись плоскорезная и поверхностная. Поэтому для регулирования численности сорных растений и улучшения фитосанитарного состояния посевов безотвальные технологии обработки почвы должны сопровождаться более интенсивным применением химических средств защиты растений.

Влияние рельефа проявлялось в том, что в нижней части склона, где в основном преобладают намытые дерново-подзолистые почвы, сухая масса сорняков увеличивалась в 4-8 раз по сравнению с верхним элементом склона, что связано с более высокой влагообеспеченностью и улучшением условий питания.

После применения гербицидов

Перед уборкой

малолетние             многолетние

малолетние           многолетние

Рис. 28. Пространственное распределение сухой массы сорных растений

(малолетних и многолетних сорных растений).

Таким образом, использование подробных карт засоренности может обеспечивать существенную экономию за счет снижения пестицидной нагрузки и тем самым способствовать как повышению урожайности, так и уменьшению загрязнения продукции и почвенного покрова остатками гербицидов.

Действие почвозащитных разноглубинных приемов на

фитопоталогическую обстановку посевов.

Интенсификация земледелия на эродированных почвах часто вызывает необходимость повторять в севообороте культуры сплошного посева, в том числе зерновые и многолетние травы. Высокое же насыщение севооборотов одной культурой создает идеальные условия для быстрого накопления и последующего распространения патогенов, а повышенные дозы удобрений усиливают восприимчивость растений к поражению болезнями.

Установлено, что на склоновых землях развивается характерная фитопатогенная обстановка, значительно отличающаяся от равнинных земель. На повреждение культурных растений влияет комплекс факторов, которые связаны с экспозицией склона, особенностями рельефа, а так же глубиной и способом обработки почвы (табл. 11, 12).

На распространение и развитие корневых гнилей существенное влияние оказали способы обработки почвы и особенности рельефа. Наиболее эффективным агротехническим приемом снижения распространения корневых гнилей в посевах зерновых культур оказалось применение отвальных обработок как на склоне крутизной 5-70, так и на склоне крутизной 2-50. Вспашка обеспечивала улучшение питательного режима почвы и более активное разложение послеуборочных остатков, что обусловило уменьшение запасов патогена в почве. Применение поверхностных обработок приводило к увеличению распространенности болезни на склоне крутизной 5-70 - на 35%, а на склоне крутизной 2-50 - на 26%. Установлена тенденция нарастания распространенности корневых гнилей от верхнего элемента склона к нижнему.

Усилению распространения корневых гнилей в посевах ячменя на безотвальных вариантах обработки почвы способствовало сохранение стерни и соломы после уборки овса. При проведении отвальных обработок почвы на обоих склонах произошло существенное снижение распространения болезней, что связано с заделкой растительных остатков и более эффективной борьбой с многолетними сорными растениями.

Таблица 11

Влияние противоэрозионных обработок на распространение корневых гнилей в посевах культур.

Варианты обработки (А)

Культуры

 

В среднем

Оз.пшеница 2004г

Овес

2005г

Ячмень

2006г

Крутизна склона – 5-7о (В)

Вспашка

18,2

16,2

39,1

24,5

Вспашка + щелевание

17,5

17,0

42,1

25,5

Плоскорезная + щелевание

18,9

18,3

60,0

32,4

Плоскорезная + чизелевание

18,2

17,0

63,5

32,9

Поверхностная + щелевание

20,9

22,5

62,7

35,4

Поверхностная

25,5

22,7

76,1

41,4

Крутизна склона – 2-5о (В)

Вспашка

19,2

19,7

57,8

32,2

Вспашка + щелевание

20,6

19,9

60,5

33,7

Плоскорезная + щелевание

20,5

21,0

76,1

39,2

Плоскорезная + чизелевание

20,7

19,4

75,2

38,4

Поверхностная + щелевание

25,6

26,0

75,2

42,3

Поверхностная

27,9

23,4

88,7

46,7

Таблица 12

Статистическая характеристика распространения корневых гнилей в посевах культур

Характеристика

Озимая пшеница

Овес

Ячмень

Минимум

16,6

14,5

24,6

Нижний квантиль

18,7

17,0

50,0

Медиана

20,1

20,9

65,4

Верхний квантиль

23,0

22,4

79,1

Максимум

30,6

29,4

99,2

Среднее

23,6

21,9

61,9

Стандартное отклонение

3,5

3,6

19,5

При возделывании ячменя распространенность корневых гнилей повысилась в среднем на 50% по сравнению с озимой пшеницей (рис. 29).

Озимая пшеница

Овес

Ячмень

 

 

 

 

 

 

Рис. 29.  Картограммы пространственного распространения корневых гнилей

в посевах полевых культур.

В связи с тем, что на опытном поле нет пространственной изоляции посевов, к концу вегетации наблюдается 100% распространение болезней по всем вариантам на обоих склонах.

Таким образом, уровень накопления в эродированной дерново-подзолистой почве патогенов определяется структурой севооборота, характером противоэрозионной обработки почвы и крутизной склона. При поверхностной обработке обоих склонов почва в большей степени инфицирована, в ней усиливается действие токсичных веществ патогенов.Роль почвозащитного комплекса на урожайность культур

и продуктивность севооборота

Влияние на растения относительной высоты, экспозиции и крутизны склонов проявляется не прямо, а косвенно, через перераспределение агроклиматических ресурсов. В связи с изменением условий инсоляции, водного режима за счет перераспределением тепла и воды продуктивность растений на разных элементах рельефа может различаться в несколько раз.

Продуктивность культур почвозащитного севооборота на склоне крутизной 5-70 была выше, чем на склоне крутизной 2-50, где прибавка урожая в отдельные годы составляла от 0,3 до 4,2т/га (рис. 30).

Рис. 30. Прирост урожайности полевых культур на склоне крутизной 5-70 по отношению к склону крутизной 2-50.

Культуры почвозащитного севооборота по-разному отзывались на изменение глубины и способа основной обработки почвы (табл. 13, 14). Озимая пшеница, возделываемая после многолетних трав двухгодичного пользования, более высокий урожай формировала при проведении отвальных обработок на глубину 20-22см как на склоне крутизной 5-70, так и на склоне крутизной 2-50.

Наименьшая урожайность отмечена при проведении поверхностных обработок. Плоскорезные обработки занимают промежуточное положение. Плуг и плоскорез способствуют лучшей разделке и заделке дернины трав, что оказывает непосредственное влияние на качественное проведение посевных работ.

При возделывании овса (после озимой пшеницы) эффективнее оказались поверхностные приемы основной обработки почвы, что связано с улучшением фитосанитарной обстановки на поле после уборки озимой.

 

Таблица 13

Урожайность культур почвозащитного севооборота (т/га), 1995-2009гг.

Вариант обработки

Озимая пшеница

Овес

Ячмень

Мн травы 1гп

Мн травы 2гп

Крутизна склона 5-70

Вспашка (контроль)

3,42

2,25

2,76

4,70

3,14

Вспашка + щелевание

3,72

2,32

2,73

4,73

3,05

Плоскорезная + щелевание

3,41

2,39

2,67

6,55

3,07

Плоскорезная + чизелевание

3,42

2,48

2,59

5,32

3,27

Поверхностная + щелевание

3,32

2,49

2,50

6,28

3,65

Поверхностная

3,22

2,66

2,65

5,10

3,83

Крутизна склона 2-50

Вспашка (контроль)

3,44

2,43

2,95

5,32

3,64

Вспашка + щелевание

3,59

2,54

2,89

4,74

3,91

Плоскорезная + щелевание

3,21

2,46

2,85

5,57

3,49

Плоскорезная+ чизелевание

3,26

2,51

2,52

5,06

3,89

Поверхностная + щелевание

3,14

2,53

2,56

5,44

3,60

Поверхностная

3,06

2,68

2,66

4,98

3,57

НСР05     А

В

0,18

0,31

0,10

0,17

0,21

0,34

0,51

0,98

0,12

0,28

Таким образом, в почвозащитных севооборотах имеется возможность реализации принципов разноглубинности и экологической целесообразности минимализации обработки почвы.

Многочисленными исследованиями установлено, что пространственная вариация урожайности - явление повсеместное и является закономерностью живой природы.

Таблица 14

Роль противоэрозионных обработок в формировании продуктивности культур

почвозащитного севооборота на различных рельефах склонового агроландшафта (т корм ед.).

Рельеф

(склон)

Варианты обработки

Вспашка

Вспашка+

щелевание

Плоскорез

+щелевание

Плоскорез

+чизель

Поверхностная

+щелевание

Поверхностная

1

Выпуклый

5-70

Ю ЮЗ

3,81

3,93

4,18

3,79

4,08

3,96

2

Покатый 

2-30

Ю ЮЗ

2,92

2,93

2,96

2,82

2,84

2,86

3

Покатый 

3-50

Ю ЮЗ

2,87

2,87

2,88

2,76

2,75

2,79

4

Двухскатный пологий 5-70

ЮЗ –Ю ЮЗ

3,53

3,52

3,67

3,44

3,54

3,78

5

Двухскатный вогнутый

2--50ЮЗ –Ю ЮЗ

3,37

3,36

3,53

3,37

3,52

3,76

6

Двухскатный вогнутый

3-50 Ю ЮЗ

2,71

2,79

2,32

2,61

2,52

2,74

плато

3,20

Продуктивность любого гектара хозяйственного посева складывается из продуктивности отдельных растений, которые его составляют.

Наличие на опытном участке детальной информации о рельефе и почвах позволило сгруппировать опытные делянки и проанализировать урожайность по отдельным микроструктурам почвенного покрова.

Отчетливо фиксируется снижение продуктивности полевых культур на второй микро структуре по всем вариантам опыта, несмотря на благоприятные климатические условия. Различия в продуктивности культуры четче выявилось между микроструктурами, чем между вариантами обработки почвы. Естественная продуктивность и эффективность обработки на первой микроструктуре почти в 2,5 раза выше, чем на второй и в 1,5 раз, чем на третьей.

Установлен значительный диапазон колебаний урожайности на одном поле и для овса он составляет 2,3-4,3т/га, озимой пшеницы - от 2,7 до 3,7 т/га.

Среди основных факторов внутрипольного варьирования урожайности доминируют: степень эродированности, запасы продуктивной влаги в фазе цветения, содержание доступных форм фосфора и калия, степень засоренности посевов.

Экономическая и энергетическая эффективность почвозащитного комплекса в адаптивно-ландшафтных системах земледелия

Установлено, что экологически и экономически эффективными на склонах южной экспозиции являются технологии возделывания культур зернотравяного севооборота, включающие поверхностную обработку почвы в сочетании со щелеванием на глубину 38...40 см.

Расчет экономической эффективности показал, что лучшие показатели получены при возделывании культур на склоне крутизной 5-7о, где получен максимальный выход основной продукции, чистый доход и уровень рентабельности при поверхностной ресурсосберегающей обработке.

Основными показателями эффективности функционирования агроэкосистем являются показатели, отражающие процессы трансформации энергии и вещества. Определение показателя направленности воспроизводства плодородия почвы показало, что противоэрозионные ресурсосберегающие приемы основной обработки почвы обеспечивают расширенное воспроизводство плодородия почвы на обоих склонах. Однако, более интенсивно этот процесс протекает на склоне крутизной 5-70, так как культуры более производительно использует природный и антропогенный ресурсы.

Выводы

1.Приемы механической обработки разной степени интенсивности, применяемые длительное время (более 25 лет) при окультуривании дерново-подзолистых почв Нечерноземной зоны, приводили к изменению свойств и морфологических признаков  плакорных земель и резкой их дифференциации на склоновых землях, обусловленной эрозионными процессами.

Применение поверхностных обработок почвы на склоне крутизной 5-70 привело к трансформации ареала слабосмытых почв в среднесмытые за счет усиления интенсивности поверхностного стока и переноса материала абрис слабосмытых почв расширился до 65% склона. В нижней части третьего повторения в результате выполаживания образовались намытые почвы (12%). На склоне 2-50 намытые почвы превалируют в почвенном покрове. Их доля составляет 72%. Отдельными пятнами с небольшой контурностью располагаются слабосмытые почвы и только 16% занимают среднесмытые почвы.

По пестроте почвенного покрова, связанного с морфологическими особенностями и условиями микроклимата условно выделено 6 основных групп земель однородных по агроэкологическим показателям.

2.В формировании поверхностного стока талых вод ведущую роль играет сезонно-мерзлотный режим дерново-подзолистой почвы, который определяется скоростью промерзания и оттаивания, а также глубиной и степенью промерзания почвы.

Установлено, что глубина промерзания почвы к началу снеготаяния варьировала от 10 см в несмытых до 50 см в профиле сильносмытых почв. В среднем за 15 лет почва под озимой пшеницей менее выхоложена, чем под травами. На склоне крутизной 2-50 эти различия составляют от 9см при проведении плоскорезной обработки с чизелеванием до 7см по вспашке, а на склоне крутизной 5-70 - от 13см при вспашке со щелеванием до 6см - по поверхностной со щелеванием. Изменение крутизны склона оказывает несущественное влияние на глубину промерзания. Различия в большей степени определяюся условиями увлажнения почвы в осенний период. При дождливой осени глубже промерзал склон крутизной 2-50, а при сухой погоде – склон крутизной 5-70.

3.Отвальные и безотвальные приемы основной обработки почвы не оказывали существенного влияния на накопление и распределение снега, а также запасы воды в нем.  На склоне крутизной 2-5° в среднем по вариантам обработки максимальные запасы за зимний период составили 141,9мм, а на склоне крутизной 5-7° - 139,9мм при среднемноголетней величине аккумулированной влаги в снеге для данной зоны около 115 мм, а в условиях опыта за 1995-1999гг – около 60мм, 2000-2003 гг. - около 93мм, 2003-2009 – около 75мм.

4. Повышение среднесуточной температуры воздуха на 20С в последнее десятилетие обусловило снижение интенсивности эрозионных процессов и за 15 лет наблюдений потери смытой почвы были незначительными и составляли 1,31т/га по всем вариантам на склоне крутизной 2-50 с максимальным смывом по поверхностной обработке (0,28т/га) и 12,72т/га на склоне крутизной 5-70 при большей эродированности варианта обычной вспашки  (2,92т/га).

5. Почвозащитные ресурсосберегающие  приемы обработки способствует заметному снижению плотности, увеличению количества агрономически ценных и водопрочных агрегатов, повышению фильтрационной способности эродированных почв Центрального Нечерноземья России.

6.Установлена четкая закономерность повышения содержания элементов питания в корнеобитаемом слое почвы в течение 15 лет  как на склоне крутизной 5-7о, так и на склоне крутизной 2-5о по вариантам отвальных обработок. Ухудшение обеспечения подвижными элементами питания происходит при ресурсосберегающих обработках за счет потерь с поверхностным и внутрипочвенным стоками. Склоны с крутизной 2-50 способствуют увеличению содержания элементов питания в 1,1-1,3 раза, по сравнению со склоном крутизной 5-7о, что связано с большей смытостью этого склона и усилением на нем эрозионных процессов.

Безотвальные технологии обработки почвы способствуют увеличению содержания гумуса в слое 0-10 см на 7,5-11,4 т/га по поверхностной, чизельной, плоскорезной обработкам, по сравнению с контролем (вспашка), что связано с аккумуляцией растительных остатков в поверхностном слое.

7.На склоновых землях формируется специфический характер агрофитоценоза. Почвозащитные безотвальные приемы обработки заметно ухудшали фитосанитарное состояние, особенно на вариантах поверхностных обработок. На склоне крутизной 2-50 засоренность на 60-70% выше, чем на  склоне крутизной 5-70. В нижней части склона, где в основном преобладают более плодородные намытые дерново-подзолистые почвы, сухая масса сорняков увеличивалась в 4-8 раз по сравнению с верхним элементом склона. Насыщение севооборота зерновыми культурами приводило к увеличению засоренности ячменя, где численность сорняков была в 2-3 раза больше, чем в посевах овса и в 4-7 раз – озимой пшеницы.

8. Снижению распространения корневых гнилей в посевах зерновых культур способствовало применение отвальных обработок как на склоне крутизной 5-70, так и на склоне крутизной 2-50. Применение поверхностных обработок приводило к увеличению распространенности болезни на склоне крутизной 5-70 на 35%, а на склоне крутизной 2-50 на 26%. С увеличением крутизны склона фитотоксичность почвы существенно снижалась, что связано с лучшей инсоляцией склона крутизной 5-70.

9. Продуктивность культур зернотравяного севооборота на склонах южной экспозиции в большой степени зависела от метеорологических условий вегетационных периодов и биологических особенностей растений, в меньшей - от изучаемых приемов обработки почвы. Урожайность озимой пшеницы составляла от 3,06т/га до 3,72т/га, овса – 2,25-2,68т/га, ячменя – 2,50-2,95т/га, многолетних трав – 3,05-6,28т/га.

Реакция культур из разных биологических групп (озимые и яровые зерновые, многолетние травы) на крутизну склонов была различной. Озимая пшеница с увеличением крутизны склона существенно увеличивала урожайность, многолетние травы и овес практически не реагировали на крутизну склона, и их урожайность зависела от применяемых вариантов обработки почвы.

Продуктивность культур почвозащитного севооборота на склоновых землях составила в среднем 3,1-3,5 т. кормовых единиц с 1 га севооборотной площади.

10.Среди основных факторов внутрипольного варьирования урожайности доминируют: степень эродированности, запасы продуктивной влаги, содержание доступных форм фосфора и калия, степень засоренности посевов.

11.Анализ энергетических затрат в общей их структуре выращивания полевых культур показал, что 40-45% приходится на минеральные удобрения, 17-22% - на горюче-смазочные материаллы, 21% на машины и здания, 10-17% на семенной и посадочный материал и 3-5% на химические средства защиты растений от общих совокупных энергозатрат.

Оптимизация продуктивности полевых культур требует дополнительных энергозатрат за счет внесения минеральных удобрений, поэтому основным источником регулирования  является борьба с водной эрозией (потеря биофильных элементов в результате стока – смыва), а также дифференцированное внесение удобрений по элементам склона. Сохранение энергосодержания при незначительной интенсивности эрозионных процессов доходит до 11–15%, при более активном проявлении эрозионных процессов 50% и выше.

Рекомендации производству

Разработаны и утверждены методические рекомендации «Почвозащитные ресурсосберегающие технологии возделывания полевых культур на эрозионноопасных и равнинных агроландшафтах нечерноземной зоны». МСХ., РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, 2009. Объем 2,3п.л. Тираж 500 экз.

Статьи, опубликованные в журналах, рекомендованных ВАК РФ

1. Кочетов, И.С., Осипов, В.Н., Белолюбцев, А.И., Савоськина, О.А. Миграция химических элементов на склоновых землях Нечерноземной зоны. /Химия в сельском хозяйстве. – 1995. – № 5. – С.35-37.

2. Савоськина, О.А., Копылов Е.В. Фитосанитарное состояние посевов озимой пшеницы на склонах в зависимости от обработки почвы / Копылов Е.В. // Журн. Плодородие. – 2005. – №4. –– С. 17.

3. Баздырев, Г.И., Савоськина, О.А, Копылов, Е.В., Осипов, В.Н.. Действие почвозащитных приемов на фитосанитарный потенциал и урожайность зерновых на склоновых землях // Изв. ТСХА. – 2006. – Вып.3. – С. 3-14.

4. Савоськина, О.А., Евграфов А.В., Харитонов С.И. Влияние противоэрозионных обработок склоновых земель на поверхностный сток при дождевании // Мелиорация и водное хозяйство. – 2009. – №4. – С. 25-27.

5. Савоськина, О.А. Влияние противоэрозионных обработок на водный режим и влагообеспеченность полевых культур // Журн. Агро XXI. – 2009. – № 4-6. – С. 39-41.

6. Савоськина, О.А., Мазиров, М.А., Шеин, Е.В., Банников, М.В. Температурный режим дерново-подзолистых агропочв на склонах различной крутизны // Почвоведение. – 2011. – № 2. – С. 153-160.

7. Савоськина, О.А. Почвозащитные приемы обработки - важнейший резерв потерь биофильных элементов на эрозионно-опасных землях //Журн. Агрохимический вестник. – 2011.  –  №1. – С.

8. Савоськина, О.А., Манишкин,С.Г., Чебаненко, С.И. Влияние систем обработки почвы на структуру почвенного покрова и агрофитоценоз ячменя // Журн. Земледелие. – №8. – С. 32-33.

9. Савоськина, О.А., Манишкин,С.Г., Чебаненко, С.И. Влияние систем обработки почвы на сорный компонент агрофитоценоза ячменя // Журн. Плодородие. –2011. – №6. – С.18-20.

10. Платонов, И.Г., Савоськина, О.А., Саранин, Е.К., Курганов, А.А. Снижение степени деградации склоновых земель за счет разноглубинных почвозащитных приемов обработки // Журн. Агроэкоинформ. – 2011. – № 2 (9).

11. Манишкин, С.Г., Апаева, Н.Н., Савоськина, О.А., Гогмачадзе, Г.Д.  Биологическая активность в зависимости от различных приемов обработки почвы // Журн. Агроэкоинформ.       – 20012. – № 1 (10).

12. Савоськина, О.А. Пестрота почвенного покрова и урожайность многолетних трав на склонах различной крутизны //Известия ТСХА. –  2012. –  Вып. 1. – С.83-91

Статьи и материалы конференций

13. Савоськина, О.А. Экология и водная эрозия почв Центрального Нечерноземья России /Макаров, И.П., Кочетов, И.С., Белолюбцев, А.И. // Межд. экологический форум  (Курск). – 1995. С 240-250.

14. Савоськина, О.А., Белолюбцев, А.И., Чебаненко, С.И. Влияние почвозащитных обработок на динамику засоренности посевов ячменя с подсевом многолетних трав. // Докл. ТСХА. – М. – 2003. Вып. 275. – С.176-180.

15. Баздырев, Г.И., Белолюбцев, А.И.. Осипов, В.Н., Савоськина, О.А Эффективность севооборота и почвозащитных технологий на склоновых землях // Сб. докл. Межд. научн. конф. – М. – Изд-во МСХА. – 2004. – С. 87-94.

16. Белолюбцев, А.И., Савоськина, О.А., Осипов, В.Н., Манишкин, С.Г., Копылов, Е.В. // Действие противоэрозионных обработок на изменение показателей плодородия почвы. – Докл. ТСХА. – 2004. – №276 – С.89-94.

17. Савоськина, О.А., Копылов Е.В. Фитосанитарное состояние посевов озимой пшеницы на склонах в зависимости от обработки почвы / Копылов Е.В. // Журн. Плодородие. – 2005. – №4. –– С. 17.

18. Савоськина, О.А., Копылов, Е.В. Влияние противоэрозионных систем обработки почвы на засоренность посевов озимой пшеницы / Савоськина, О.А., Копылов, Е.В // Докл. ТСХА. –2005. – №277 – С. 54-57.

19. Савоськина, О.А., Чебаненко, С.И.. Белолюбцев, А.И. Влияние противоэрозионных обработок почвы на распространение корневых гнилей в посевах озимой пшеницы в Центральном районе Нечерноземной зоны / Чебаненко, С.И.. Белолюбцев, А.И. // Докл. ТСХА. – 2005. – №277–  С. 62-65.

20. Савоськина, О.А. Влияние элементов рельефа на фитосанитарное состояние посевов озимой пшеницы / Копылов Е.В.//     II Всеросс. съезд по защите растений. – Материалы съезда. – С.-Пб. – 2005. – Т. 1. – С.356-358.

21. Савоськина, О.А. Действие почвозащитных обработок на распространение корневых гнилей в посевах озимой пшеницы / Чебаненко, С.И., Манишкин, С.Г. // II Всеросс. съезд по защите растений. – Мат. съезда. – С.-Пб. – 2005. – Т. 1. – С. 90-92.

22. Савоськина, О.А., Копылов Е.В., Осипов В.Н. Влияние противоэрозионных обработок на фитосанитарное состояние и продуктивность овса // Докл. ТСХА. – 2006. – Вып. 278 – С. 178-183.

23. Савоськина, О.А., Осипов, В.Н., Манишкин, С.Г. Изменение содержания органического вещества почвы при длительном применении противоэрозионных приемов на склонах различной крутизны в Нечерноземной зоне РФ // Докл. ТСХА. – 2007. – Вып. 279 – Ч. 1. – С. 287-290.

24. Савоськина, О.А., Манишкин С.Г. Изменение сорного компонента агрофитоценоза эрозионного агроландшафта под действием почвозащитных приемов   // Докл. ТСХА. – 2007– Вып. 279 – Ч. 1 – С. 290-294.

25. Савоськина, О.А., Влияние противоэрозионных обработок на агрохимические показатели плодородия почвы / Манишкин С.Г. // Мат. Межд. науч. конф. (Н. Новгород). – 2007. – С. 83-87.

26. Савоськина, О.А. Экономическая и энергетическая оценка эффективности почвозащитных приемов обработки почвы    // Докл. ТСХА. –  2008. –  Вып. 280. –  С. 16-19.

27. Савоськина, О.А., Цвирко Э.А. Агрофизические свойства почвы склонов различной крутизны в условиях Московской области //Докл. ТСХА. – 2010. –  Вып. 282.  –  Ч.1. –  С. 321-325.

28. Савоськина, О.А., Манишкин, С.Г. Ресурсосберегающая обработка почвы склоновых земель НЗ РФ // Сб. «Ресурсосберегающие технологии обработки почвы в адаптивном земледелии». –  М.: РГАУ-МСХА. – 2010. – С. 153-167.

 
Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.