Агроэкологическая оценка и воспроизводство плодородия черноземов Республики Башкортостан

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Агроэкологическая оценка и воспроизводство плодородия черноземов Республики Башкортостан

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Общая характеристика работы

Актуальность исследования. В почвенном покрове Башкортостана черноземы имеют наибольшее распространение. На территории республики встречаются все основные подтипы черноземов: лесостепные (оподзоленные, выщелоченные и типичные) и степные (обыкновенные и южные). Среди пахотных земель преобладающими являются черноземы выщелоченные, которые занимают 28% от общей площади пашни.

В последние годы вследствие интенсивного земледельческого использования черноземов республики произошло заметное снижение уровня их эффективного плодородия. Сельскохозяйственное использование этих почв за последние двадцать лет привело к потере четверти гумусовых запасов и до

5 т/га запасов азота в пахотном горизонте. Произошло также и ухудшение экологической обстановки в агроэкосистемах (Хабиров, 1993; Почвы Башкортостана, 1997; Кираев, 2003; Мукатанов и др., 2008).

По мнению ряда ученых (Кирюшин, 1996; Миркин и др., 2000; Добровольский и др., 2002; Хазиев, 2008), это вызвано, прежде всего, нарушением равновесия в системе «почва - растение - человек». Несоблюдение научно-обоснованного плодосмена, ежегодная интенсивная обработка почвы, недостаточное внесение удобрений, особенно органических, а также усиление эрозионных процессов привели к уменьшению содержания гумуса и элементов минерального питания, увеличению кислотности, ослаблению биологической активности черноземов и понижению продуктивности пашни.

Природно-территориальный комплекс республики с большим разнообразием климатических условий и рельефа требует дифференцированного подхода к воспроизводству почвенного плодородия. Поэтому разработка стратегии и тактики воспроизводства почвенного плодородия с учетом комплексной агроэкологической оценки почв является важнейшей задачей повышения устойчивости сельского хозяйства и обеспечения продовольственной безопасности.

Цель и задачи исследования. Целью исследований является агроэкологическая оценка состояния и разработка путей воспроизводства плодородия черноземов для усовершенствования систем земледелия лесостепной зоны республики.

Для реализации указанной цели исследований были поставлены следующие задачи:

- провести анализ агроресурсного потенциала агропромышленного комплекса Республики Башкортостан;

- оценить устойчивость черноземных почв по гумусному и азотному состоянию;

- дать агроэкологическую оценку плодородия пашни лесостепных черноземов Башкортостана;

- разработать оптимальные направления совершенствования структуры сельскохозяйственных угодий;

- выявить особенности влияния элементов системы земледелия на показатели плодородия черноземов лесостепи;

- дать экономическую оценку эффективности элементов систем земледелия.

Научная новизна. Предложен агроэкологический подход к управлению плодородием почв. Дана агроэкологическая оценка лесостепных черноземов республики. Обоснованы пути оптимизации сельскохозяйственных угодий и структуры агроландшафтов. Установлена эффективность проведения в республике работ по залужению и выводу из оборота деградированной и низкопродуктивной пашни. Установлены качественные и количественные параметры изменения лесостепных черноземов под действием систем обработки почвы и удобрений в различных севооборотах. Обоснована роль отдельных элементов системы земледелия в воспроизводстве плодородия лесостепных черноземов.

Практическая значимость. Предложенные экологически обоснованные параметры функционирования агроценозов служат основой для разработки регионального землепользования в условиях лесостепной зоны республики. Материалы работы включены в следующие практические рекомендации: «Совершенствование полевых севооборотов в лесостепных и степных агроландшафтах Башкортостана, 2007» и «Системы обработки почвы в севооборотах степных и лесостепных агроландшафтов Башкортостана, 2009», а также использованы при разработке «Республиканской программы сохранения и повышения плодородия почв на 2001-2005 годы», программы «Сохранение и восстановление плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения и агроландшафтов как национального достояния Республики Башкортостан на 2006-2010 годы», «Программы устойчивого функционирования и развития агропромышленного комплекса Республики Башкортостан до 2010 года», «Республиканской программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012 годы».

Научные разработки внедрены в СПК «Дружба» Аургазинского района и в СПК «Базы» Чекмагушевского района, а также используются в других хозяйствах республики для повышения плодородия почв.

Теоретические положения и практические результаты исследований используются при чтении лекций на агрономическом факультете Башкирского ГАУ.

Положения, выносимые на защиту:

1. Эффективное управление плодородием почв возможно только в рамках экологически ориентированного подхода к землепользованию при оптимизации соотношения всех компонентов агроэкосистемы.

2. Устойчивость почв по гумусному и азотному состоянию связана с изменениями количественных и качественных характеристик гумуса и азота, показателей состава гумусовых веществ и азоторганических соединений, характера их изменений под влиянием технологических решений в земледелии.

3. Теоретическое и практическое обоснование воспроизводства и регулирования показателей плодородия черноземов является концептуальным подходом для решения проблем взаимосвязей в системе почва - растение - окружающая среда.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Международных, Всероссийских, межрегиональных и республиканских научно-практических конференциях (1996-2010), в том числе на Международных конференциях «Проблемы антропогенного почвообразования» (Москва, 1997), «Агрохимия и экология: история и современность» (Нижний Новгород, 2008), «Гумусное состояние почв» (Санкт-Петербург, 2008), «Агроэкологическая роль плодородия почв и современные агротехнологии» (Уфа, 2008), на V съезде Всероссийского общества почвоведов им. В.В. Докучаева (Ростов-на-Дону, 2008), на Всероссийских научных конференциях «Почва. Жизнь. Благосостояние» (Пенза, 2000), «Проблемы и перспективы обеспечения продовольственной безопасности регионов России» (Уфа, 2003), «Повышение эффективности и устойчивости развития агропромышленного комплекса» (Уфа, 2005), «Молодые ученые в реализации приоритетного национального проекта развития АПК» (Уфа, 2006), «Проблемы и перспективы развития инновационной деятельности в агропромышленном комплексе» (Уфа, 2007), «Интеграция аграрной науки и производства: состояние, проблемы и пути их решения» (Уфа, 2008), «Роль почвы в сохранении устойчивости агроландшафтов» (Уфа, 2008), «Научное обеспечение устойчивого функционирования и развития АПК» (Уфа, 2009), «Проблемы экологии Южного Урала» (Оренбург, 2009), «Научное обеспечение инновационного развития АПК» (Уфа, 2010), на межрегиональных и республиканских научно-практических конференциях «Проблемы антропогенной эволюции почв Башкортостана» (Уфа, 1996), «Качество продукции растениеводства и приемы его повышения» (Уфа, 1997), «Проблемы агропромышленного комплекса на Южном Урале и Поволжье» (Уфа, 1997), «Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан» (Казань, 1997), «Проблемы агропромышленного комплекса на Южном Урале и Поволжье», (Уфа, 1998), «Создание высокопродуктивных агроэкосистем на основе новой парадигмы природопользования» (Уфа, 2001), «Достижения аграрной науки - производству» (Уфа, 2004), «Почвы Южного Урала и Среднего Поволжья: экология и плодородия» (Уфа, 2006).

Содержание работы

чернозем почва гумусный плодородие

1. Агроэкологически ориентированное управление структурой агроэкосистем как фактор воспроизводства плодородия почв

Воспроизводство плодородия почв предусматривает необходимость системного подхода к решению этой проблемы. Согласно агроэкологической концепции воспроизводства плодородия (Хазиев, 2008), во-первых, невозможно решать его изолированно для какой-то части агроландшафта, одного севооборота. Стабильное и устойчивое плодородие может быть достигнуто, если его воспроизводство осуществляется в масштабе всего агроландшафта. Во-вторых, система воспроизводства плодородия почв должна базироваться на соблюдении принципов агроэкологического императива в земледелии. В-третьих, агротехнологии регулирования почвенного плодородия эффективно и стабильно могут проявлять свое положительное действие в полной мере лишь на оптимизированных по структуре и свойствам агроландшафтах и агроэкосистемах. При этом должны соблюдаться плотность поголовья скота на уровне, адекватном трофическим возможностям кормовых угодий с целью недопущения пастбищной дигрессии почв, а также оптимальная структура посевных площадей и севооборотов и оптимальные параметры почвенного плодородия. В-четвертых, эффективное регулирование почвенного плодородия достигается при комплексной агротехнологии, включающей систему органоминеральных удобрений и разноглубинную обработку почв в зонально-адаптированных севооборотах.

Таким образом, рассмотрение вопросов воспроизводства и управления плодородием почв невозможно в отрыве от управления всей агроэкосистемы - ее структурой и функцией и управления агроценозами как компонентами агроэкосистемы.

2. Анализ агроресурсного потенциала АПК Республики Башкортостан

Главными показателями, ограничивающими функционирование агроэкосистемы, являются ресурсные: климат, рельеф и особенности почв. По этим агроэкологическим показателям Республику Башкортостан делят на шесть природно-сельскохозяйственных зон: Северную лесостепную, Северо-восточную лесостепную, Южную лесостепную, Предуральскую степную, Зауральскую степную и Горно-лесную.

Среднегодовое количество осадков по республике колеблется от 294 (Акъяр) до 640 мм (Улу-Теляк). Сумма активных температур (сумма t >10°C) колеблется от 1500 до 2300° и выше, гидротермический коэффициент - от 0,6 до 1,8, т.е. охватывает все градации от засушливости до переувлажнения. Необходимо отметить, что по территории колебания климата неодинаковы. Наибольшей засушливостью отличается юг Зауралья, переувлажненностью - северная часть Южного Урала. Некоторые климатические характеристики по природно-сельскохозяйственным зонам и агропочвенным районам республики приводятся в таблице 1.

В природе существует закономерная связь типов почвы с климатическими условиями, которую отметил В.В. Докучаев (1952) метким выражением: «Почва - зеркало климата». Этого же положения придерживаются авторы двухтомной монографии «Почвы Башкортостана» (1995, 1997): «...Каждая зона республики характеризуется свойственными только ей особенностями условий почвообразования и формированием характерных почв и структуры почвенного покрова». В то же время они указывают, что разделение территории республики на природно-сельскохозяйственные зоны является несколько условным и поэтому в Северную лесостепную зону вклиниваются южно-таежные ландшафты с дерново-подзолистыми почвами, а в юго-западной части Предуральской степи выделяются Белебеевская возвышенность и отроги Общего Сырта с типичными лесными почвами. Несмотря на такие несоответствия, распределение типов, родов, видов и разновидностей почв имеет определенные закономерности по зонам республики.

На севере Башкортостана почвы дерново-подзолистые на элювиальных и делювиальных суглинках и глинах, на террасах рек Белой и Камы - на аллювиальных песках, на Уфимском плато щебенчатые. Степень оподзоленности возрастает с запада на восток. На западе почвы слабооподзоленные, а на востоке средне- и сильнооподзоленные светло-серые, серые, темно-серые лесные почвы и небольшие площади других почв.

В Северо-восточной лесостепной зоне почвенный покров в основном представлен светло-серыми, серыми, темно-серыми лесными почвами, черноземами оподзоленными и выщелоченными с небольшими массивами дерново-подзолистых, дерново-карбонатных почв.

В Южной лесостепной зоне почвенный покров очень разнообразен, здесь имеются темно-серые, серые и светло-серые лесные почвы, выщелоченные и оподзоленные черноземы, мелкими контурами встречаются типичные и типичные карбонатные черноземы и другие почвы.

В Предуральской степной зоне преобладающими почвами являются черноземы (выщелоченные, типичные, типичные карбонатные). Другие почвы занимают небольшую площадь.

В Зауральской степной зоне почвенный покров обусловлен неоднородностью и сложностью: в ее северной части распространены черноземы выщелоченные и серые лесные почвы, в южной части - обыкновенные и южные черноземы, часто в комплексе с солонцеватыми видами.

В Горно-лесной зоне почвенный покров пестрый. На склонах и вершинах гряд преобладают маломощные грубоскелетные почвы, на пологих склонах и широких вершинах - серые, темно-серые лесные, в нижней части пологих склонов и надпойменных террасах долин - выщелоченные и оподзоленные черноземы.

К настоящему времени накоплен обширный материал для характеристики свойств почв основных генетических типов, представляющих почвенный покров Башкортостана (Хабиров, 1993; Хазиев и др., 1997). Их краткая характеристика приведена в таблице 2.

Таблица 1. Среднемноголетние климатические характеристики по зонам и агропочвенным районам Республики Башкортостан

Таблица 2. Агрохимические свойства основных типов почв равнинных территорий Республики Башкортостан (А_п)

В земельном фонде республики сельскохозяйственные угодья занимают на 1.01.2007 г. 7342,9 тыс. га или 51,4% территории. В структуре сельскохозяйственных угодий на долю пашни приходится 50,1% или 3678,8 тыс. га. Природные кормовые угодья (сенокосы и пастбища) занимают 3620,8 тыс. га или 49,3%, многолетние плодовые насаждения - 43,3 тыс. га (0,6%).

Их почвенный покров характеризуется также чрезвычайной пестротой. Он представлен сложными сочетаниями и мозаиками различных типов, подтипов, видов и разновидностей почв.

По исследованиям почвоведов НИИ «Волгогипрозем», в Башкортостане насчитывается около 3000 разновидностей почв. У каждой из них свои свойства, степень плодородия, специфические особенности в обеспеченности их питательными элементами.

В результате проведенного анализа агроресурсного потенциала Республики Башкортостан установлено следующее:

- почвы пашни республики представлены в основном черноземами, которые имеют высокий потенциал плодородия, однако высокая антропогенная нагрузка на почвы и недостаточное поступление органических веществ не обеспечивают сбалансированных процессов минерализации и восстановления гумуса. По этой причине потенциал черноземов недоиспользуется;

- агроэкологическое состояние почв не соответствует требованиям сестайнинга, происходит разрушение и истощение агроресурсного потенциала территории. Получение урожаев сельскохозяйственных культур и продукции животноводства на основе сбережения ресурсов увязано с экологией и экономикой;

- низкие дозы удобрений обусловили дефицит элементов минерального питания растений, особенно подвижных соединений азота и фосфора - основных питательных веществ, лимитирующих плодородие почв в регионе;

- поголовье скота не соответствует экологическим нормативам, установление оптимальной структуры его количества и природного потенциала каждого хозяйства, поголовье личного скота не квотируется в соответствии с емкостью пастбищ;

- высокие антропогенные нагрузки на агроэкосистемы привели к нарушению экологических нормативов основных их элементов, что делает сельское хозяйство неэффективным, энергозатратным и неконкурентоспособным в условиях рыночной экономики;

- для адаптации систем земледелия проводится инвентаризация земельных ресурсов, обоснованно выводятся из пашни деградированные и низкопродуктивные земли. Этот процесс сопровождается созданием сенокосов и пастбищ, залежей и агрономических перелогов путем залужения;

- структура посевных площадей приводится в соответствие с природным потенциалом сельскохозяйственных зон, рыночные отношения определили более жесткую специализацию и адаптивный подбор культур и сортов по ее территории;

- устойчивое развитие сельского хозяйства и решение проблемы продовольственной безопасности связаны с плодородием почв. Оценке его показателей и путей регулирования почвенных режимов в двух системах земледелия посвящена наша работа.

3. Условия и методика проведения исследований

Экспериментальные исследования проводились в учхозе Башкирского государственного аграрного университета (БГАУ) и в сельскохозяйственном производственном кооперативе (СПК) «Дружба» Аургазинского района (Южная лесостепная зона).

Объектами исследований также явились пахотные и целинные земли Балтачевского (Северная лесостепная зона), Чекмагушевского (Южная лесостепная зона) и Абзелиловского районов (Зауральская степная зона) республики.

При закладке полевых опытов использованы методы, приводимые

Б.А. Доспеховым (1985).

Полевой опыт № 1 «Разработка научных основ биологической системы земледелия»; заложен в 1992 году на опытном поле Башкирского ГАУ. В опыте изучались два севооборота: плодосменный (клевер красный - озимая рожь - кукуруза - яровая пшеница) и сидеральный (пар сидеральный - озимая рожь - кукуруза - яровая пшеница + донник). Севообороты развернуты во времени и в пространстве, площадь поля - 0,35 га. С начала закладки опыта на половине полей севооборотов удобрения не вносили, а другую половину удобряли следующим образом: в плодосменном севообороте вносили N60P80K70 + 10 т навоза на 1 га севооборотной площади, рассчитанное на получение планируемого урожая яровой пшеницы, в сидеральном - донник на зеленое удобрение и ежегодно 10 т навоза + сидерат.

В плодосменном севообороте под все культуры применяли вспашку, а в сидеральном - комбинированную (вспашку под кукурузу, поверхностную - под яровую пшеницу).

Почва опытного участка - чернозем выщелоченный тяжелосуглинистого гранулометрического состава с мощностью гумусового горизонта 50-55 см.

Агрохимические показатели пахотного слоя: содержание гумуса - 10,37, валового азота - 0,54; фосфора - 0,21, калия - 2%; сумма поглощенных оснований - 38,8 мг-экв. на 100 г почвы; рН_KCl - 5,2.

Полевой опыт № 2 «Экологически сбалансированные агроландшафты, ресурсосберегающие системы земледелия и агротехнологии, адаптированные сорта и гибриды, техногенные и биологические средства в растениеводстве»; заложен в 2001 году на опытном поле Башкирского ГАУ. Исследования проводились в полевом сидеральном севообороте (пар сидеральный - озимая пшеница - горох - яровая пшеница - ячмень + донник). Опыты закладывались в трехкратной повторности. Общая площадь делянок составляла 2040 м², учетной - 50 м², размещение вариантов осуществлялось методом расщепленных делянок в три яруса. Схема опыта включала следующие варианты: ежегодная отвальная обработка (ПН-4-35 на глубину 20-22 см); поверхностная обработка (БДТ-6 на глубину 10-12 см); плоскорезная обработка (ПГ-2С на глубину 20-22 см); минимальная обработка (БИГ-3 на глубину 3-4 см).

Почва опытного участка - чернозем выщелоченный тяжелосуглинистого гранулометрического состава. Содержание гумуса 8,4%, реакция почвенной среды слабокислая. Обеспеченность подвижными соединениями фосфора - средняя, обменного калия - повышенная.

В условиях СПК «Дружба» Аургазинского района РБ проводились полевые опыты по изучению влияния различного уровня азотного питания на азотный режим почв, урожай гречихи и ячменя на черноземах выщелоченных различного уровня плодородия. Опытные культуры - гречиха и ячмень. Площадь делянок - 50 м², повторность опытов - трехкратная, размещение делянок - рендомизированное. Схема опытов включала варианты: 1) контроль (без удобрений); 2) Nm₃₀; 3) Nm₆₀; 4) Nm₉₀; 5) Nm₁₂₀; 6) Nm₁₅₀; 7) Nса₃₀; 8) Nса₆₀; 9) Nса₉₀; 10) Nса₁₂₀; 11) Nса₁₅₀. Азотные удобрения (m - мочевина, са - сульфат аммония) вносили перед посевом культур по фону - Р₆₀.

Исследования проводились на черноземах выщелоченных среднесуглинистых с содержанием гумуса - 6,3-7,8%, общего азота - 0,35-0,40%, валового фосфора - 0,20-0,25%, сумма поглощенных оснований - 40,2-44,5 мг-экв. на 100 г почвы, рН_KCl - 5,1-5,4, подвижного Р₂О₅ - 58-162 мг/кг почвы, обменного К₂О - 122-204 мг/кг почвы.

В качестве информационной базы были использованы данные Госкомстата РБ, Управления землепользования МСХ РБ, фондовые материалы института ВолгоНИИгипрозем, ФГУ ЦАС «Башкирский», ФГУ САС «Ишимбайская», ГУП «Башземоценка».

Экспериментальная работа выполнялась маршрутно-полевым, стационарно-полевым и лабораторно-аналитическими методами.

Лабораторно-аналитические исследования проводились в соответствии с общепринятыми в агрономии методами (Аринушкина, 1970; Агрохимические …, 1975; Теории и методы физики почв, 2007).

Содержание гумуса определяли по ГОСТ 26213-91, содержание общего азота - по Къельдалю, фракционный состав азота изучался методом двухступенчатого кислотного гидролиза по Э.И. Шконде и И.Е. Королевой в модификации Е.А. Андреевой (1973), потенциально минерализуемый азот по Стэнфорду (Stanford et al., 1972, 1974) в модификации И.К. Хабирова и др. (1988), кинетические параметры - по И.К. Хабирову и Ю.Г. Куватову (1990), фракционно-групповой состав гумуса - по Кононова-Бельчиковой, водорастворимый гумус - по Тюрину, подвижный гумус - по Егорову, ферментативная активность (дегидрогеназа, уреаза) - по Галстяну, целлюлозоразлагающая способность - по Мишустину, Востровой и Петровой, нитрификационная способность - по Кравкову, интенсивность выделения СО₂ из почвы - по Оганову, аммиачного и нитратного азота - по А.Н. Бочкареву и В.Н. Кудеярову (1982), щелочногидролизуемый азот - по методу Корнфильда с использованием чашек Конвея, подвижного фосфора и обменного калия - по методу Чирикова ГОСТ 26204-91, сумму поглощенных оснований - с трилоном Б, обменную кислотность определяли в 1,0 н KCl вытяжке потенциометрически ГОСТ 26483-85, содержание подвижной серы по ГОСТ 26490-85, содержание тяжелых металлов - на атомно-абсорбционном спектрофотометре, водопрочность макроструктуры - по Саввинову, плотность сложения почвы - методом режущего цилиндра по Качинскому, качество зерна - по общепринятым методам, учет количества корневых остатков - по Качинскому в модификации Станкова. Учет урожая сельскохозяйственных культур - сплошным поделяночным.

Для статистической оценки данных использовали методы дисперсионного и регрессионного анализа (Statistica 5.0 for Windows).

4. Агроэкологическая оценка устойчивости черноземов по гумусному и азотному состоянию

Устойчивость почв - это, в первую очередь, сохранение гумуса, азоторганических и фосфороорганических соединений, структуры, биоразнообразия и,

в конечном счете, их типовой принадлежности.

Гумусное состояние почв. В целом гумусовые вещества почв Башкортостана в пределах относительно равнинной части (Южная лесостепь, Предуральская и Зауральская степь) - черноземов выщелоченных, типичных, типичных карбонатных и южных - характеризуются по сравнению с гумусом аналогичных почв ЦЧО большей устойчивостью к гидролизу.

Сравнение содержания гумуса в черноземах в различных природно-климатических зонах республики показало, что по сравнению с целинными участками пахотные почвы потеряли от 30 до 40% гумуса. Запасы гумуса на всю площадь республики составляют 4,610⁹ т в слое 0-100 см. На распаханную территорию приходится 1,710⁹ т гумуса (таблица 3). В гумусе аккумулировано соответственно 10610²¹ и 3910²¹ кДж энергии.

Таблица 3. Баланс гумуса и количество аккумулированной в его составе энергии по зонам Республики Башкортостан

В пахотных почвах ежегодно по республике теряется до 0,9 т/га гумуса. Основная часть потерь связана с эрозионными процессами. В результате эрозии ежегодно безвозвратно уносится с полей 0,57 т/га гумуса. Подсчеты показывают: если допустить, что минерализация гумуса и развитие эрозионных процессов носят линейный характер, то запасов гумуса хватило бы на 410 лет. При предотвращении эрозионных потерь гумуса хватило бы на 1164 года. Однако процессы минерализации и гумусообразования - в основном процессы нелинейные и подвержены постоянным динамическим флуктуациям даже в течение вегетационного периода. Со временем до определенного момента устойчивость системы возрастает, т.к. в первую очередь минерализуются подвижные неустойчивые компоненты гумуса. Устойчивость гумусовых веществ динамична не только во времени, но и в пространстве.

Для наглядного представления масштабов дегумификации пахотных земель относительно целинных приводится карта-схема темпов потерь гумуса в пахотном слое почв Республики Башкортостан (рисунок 1), составленного А.Х. Мукатановым. При составлении карты-схемы были использованы материалы почвенного мониторинга по содержанию гумуса в почвах Госсортучастков и смежных полей сельскохозяйственных предприятий, проведенные с интервалами в 15-20 лет, исследования гумусного состояния почв республики, проведенные лабораторией почвоведения Института биологии УНЦ РАН в последние 20-25 лет, а также результаты исследований кафедры земледелия и почвоведения Башкирского ГАУ.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1. Карта-схема потерь гумуса в пахотных почвах Республики Башкортостан по сравнению с целинными (I - Северная лесостепь, II - Северо-восточная лесостепь, III - Южная лесостепь, IV - Предуральская степь, V - Зауральская степь, VI - Горно-лесная зона)

Таким образом, установившийся отрицательный баланс и тенденция дегумификации являются существенной угрозой плодородию почв в республике. Устранение дисбаланса гумуса в почвах является главной задачей в решении проблемы сохранения и воспроизводства плодородия почв и достижения устойчивости агроландшафтов.

Азотное состояние почв. Сельскохозяйственное использование почв привело к изменению одного из важнейших циклов биосферы - естественного биохимического цикла азота. В настоящее время баланс азота в пахотных почвах отрицательный, и возникающий в почве дефицит азота требует применения азотных удобрений (Хабиров, 1993; Середа и др., 1999).

Для объективной оценки устойчивости азотного состояния почв в зависимости от экологической ситуации необходимо иметь представление об общем уровне круговорота азота в агроэкосистемах и их составляющих, что приводится в таблице 3.

Таблица 3. Оценка азотного состояния черноземов Башкортостана

Приведенный набор показателей предлагается как вероятный и для конкретных ситуаций он может быть дифференцирован. Эти показатели могут быть использованы как для оценки азотного состояния почв различных агроценозов, так и их изменения под влиянием окультуривания и других антропогенных факторов.

В 2003-2005 годах нами была проведена агроэкологическая оценка азотного состояния черноземов выщелоченных и предложены пути оптимизации азотного питания гречихи и ячменя в условиях СПК «Дружба» Аургазинского района Республики Башкортостан.

Черноземы выщелоченные хозяйства характеризуются высоким потенциальным плодородием. Тем не менее, как показывают результаты сравнительного изучения динамики изменения параметров плодородия, некоторые показатели в течение небольшого промежутка времени по сравнению с целинными почвами претерпели значительные изменения.

По результатам агрохимических анализов, проведенных в 1984 и 2001 годах в Ишимбайской зональной агрохимической лаборатории, содержание гумуса снизилось на 0,4-2,0%, кислотность повысилась на 0,1-0,5 рН, содержание фосфора заметно возросло, что связано с повышением кислотности.

Мощность гумусового горизонта (А₁ + АВ) целинной необработанной почвы составляет 65 см, распаханной - 55 см. В результате сельскохозяйственного использования пахотная почва потеряла 10 см гумусового слоя. Гумусовый горизонт целинной почвы обладает мелкозернистой структурой, в пахотном аналоге она трансформируется в пылевато-комковато-глыбистую.

Количество структурных агрегатов размером более 10 мм в пахотной почве составляет 19,3%, в целинной - не превышает 4%. На агрономически ценные агрегаты размером 10-0,25 мм в верхнем горизонте целинных почв приходится 94%, пахотных - 63,6%. Количество агрегатов менее 0,25 мм в верхнем слое пахотной почвы в 8 раз больше, чем в таком же слое целинной почвы. Сельскохозяйственное использование почв привело также к снижению водопрочности структурных агрегатов. Если количество водопрочных агрегатов в целинной почве составило 75%, то в пахотной - 56,5%.

Изменение агрофизических параметров отразилось и в ухудшении физико-химических свойств изучаемых почв.

Азотное состояние черноземов выщелоченных нами было оценено по шкале, предложенной И.К. Хабировым и Ф.Х. Хазиевым (1992). В целинной почве в горизонте А₁ в слое 0-20 см содержится 0,48% общего азота. Из общих запасов азота (4819 мг/кг почвы) на минеральный азот приходится лишь 0,2% (11 мг/кг почвы). К низу почвенного профиля содержание общего азота постепенно снижается. Так, в горизонте А₁ в слое 30-40 см содержание азота уменьшается до 0,35% и в горизонте АВ - до 0,19%.

В пахотной почве в верхнем слое содержится 0,35% азота. Его содержание также постепенно снижается к нижележащим горизонтам. Содержание азота в пахотной почве на 27% меньше, чем в целинной, причем снижение происходит за счет всех фракций азота. Эта закономерность характерна и для подпахотных горизонтов.

Изученные почвы обладают высокой азотминерализующей способностью: количество минерализуемого азота составляет 12% от общего азота и определяется биоклиматическим потенциалом, физико-химическими свойствами почв, ферментативной активностью и дозами азотных удобрений. Почвы агроценозов, по сравнению с целинными, обладают большей азотминерализующей способностью. По нашим данным, азотминерализующая способность распаханных черноземов выщелоченных СПК «Дружба» Аургазинского района, судя по константе скорости минерализации, довольно высокая: k = 0,160 нед-¹. В аналогичных почвах в целине k = 0,077 нед-¹. Это говорит о том, что в пахотных почвах органические соединения азота разлагаются со скоростью, в два раза большей, чем в целинных. Поэтому содержание потенциально-минерализуемых соединений азота в этих почвах отличается: если в целинной почве количество способного к быстрому и легкому разложению органического азота (N₀ - потенциально-минерализуемый азот) составляет 336 мг/кг почвы, то в пахотном варианте - 170 мг/кг. Следовательно, в целинной почве имеет место аккумуляционный тип круговорота веществ, в распаханной - затратный, расточительный, т.е. минерализационный тип.

Для стабилизации и улучшения гумусного и азотного состояния в пахотных черноземных почвах необходимо внесение органических удобрений, использование сидератов из бобовых культур, внесение части соломы, увеличение посевов однолетних зернобобовых культур и многолетних бобовых трав. При внесении минеральных азотных удобрений следует учитывать текущую минерализацию азота самой почвы, внесенных органических удобрений и запасов минерального азота в почве. Это возможно в сочетании с ресурсосберегающими системами обработки почвы в севооборотах, адаптированных к конкретным системам земледелия. В наших условиях - это 4-5-польные короткоротационные сидеральные и плодосменные севообороты.

5. Оптимизация агроэкосистем - как основы эффективного использования плодородия почв в системах земледелия

В соответствии с требованиями экологического императива в землепользовании агроэкологическая концепция воспроизводства плодородия почв направлена на экологическую оптимизацию функционирования агроэкосистемы, что достигается на основе оптимизации ее структуры. В настоящее время создание экологически устойчивой структуры агроландшафтов является главной задачей в решении проблем повышения их устойчивости, уменьшения эрозии почв, воспроизводства их плодородия, оптимизации продуктивности сельскохозяйственных угодий и улучшения окружающей среды. Оптимизация сельскохозяйственного землепользования должна основываться на установлении такого соотношения между ее компонентами и пространственной структурой их размещения, при котором будет достигнуто приближение к устойчивой самопроизводящей и регулирующей агроэкосистеме - сестайнингу. Доля пашни в агроэкосистемах (экологический норматив) в среднем по республике не должна превышать 60% (Миркин и др., 1999).

Известно, что основными причинами деградации земель в Республике Башкортостан являются высокая антропогенная нагрузка на пашню, разбалансированность агроландшафтов, эрозионные процессы, недостаточное внесение удобрений и известковых мелиорантов. Значительные площади сельскохозяйственных угодий, начиная с периода освоения целинных земель в 1955-1960 гг., в том числе низкопродуктивные сенокосы и пастбища, были необоснованно

с агроэкологической точки зрения вовлечены в пахотный оборот. Доля пашни в структуре сельскохозяйственных угодий за 45 лет (1950-1995 гг.) увеличилась на 30%. Только в 1954 году было освоено 392,4 тыс. га земли. Вся посевная площадь с 1950 по 1995 годы увеличилась на 900 тыс. га.

Анализ качественного состояния сельскохозяйственных угодий за период 1997-2007 гг. показывает, что из общей площади сельскохозяйственных угодий республики по состоянию на 01.01.1997 г. (7375,2 тыс. га или 100%) 67% являются эрозионно и дефляционно опасными, в том числе 50% эрозионно опасны и 16% дефляционно опасны, из них 46% эродировано и 1% дефлировано. Значительные площади каменистые - 14%, переувлажненные и заболоченные - 3,7%, осолонцованы - 0,4%. Из них пашня занимает 4834,5 тыс. га или 65,5% от площади сельскохозяйственных угодий, из которой 77% являются эрозионно и дефляционно опасными, в том числе 59% эрозионно опасны и 17% дефляционно опасны, из них 55% эродировано и 0,8% дефлировано, 12% площади пашни каменистые, 1,2% переувлажненные и заболоченные, 0,15% осолонцованы (таблица 4).

В целях рационального использования земельных ресурсов, сохранения и воспроизводства плодородия почв в Республике Башкортостан за последние годы из 1,2 млн. га деградированной и низкопродуктивной пашни было залужено и переведено в кормовые угодья 1,1 млн. га, из них 599 тыс. га - в сенокосы и 562 тыс. га - в пастбища. В результате проведенных мероприятий распаханность сельскохозяйственных угодий за 10 лет сократилась с 65,9 до 50,1% (таблица 5).

Проведение работ по залужению эродированной пашни по состоянию на 01.01.2007 г. позволило внести изменения в структуру сельскохозяйственных угодий, трансформировать пашню в кормовые угодья и существенно снизить эрозионные процессы. Трансформация земель позволила исключить из пахотного оборота каменистые, солонцовые, заболоченные, переувлажненные участки пашни и снизить площадь эродированной пашни до 32%.

Эффективность земледелия может быть высокой при условии рациональной структуры посевных площадей, адаптированной к агроландшафтам и рынку, специализации сельскохозяйственного производства. В республике с 1990 по 2007 годы в структуре пашни и посевных площадей произошли значительные изменения. В связи с сокращением пашни на 1,2 млн. га сократилась и вся посевная площадь - с 4309 тыс. га до 3094 тыс. га. Значительно сократились посевы зерновых культур - с 2599,5 тыс. га до 1678,5 тыс. га, в том числе озимых - с 743,1 тыс. га до 236,3 тыс. га, яровой пшеницы - с 853,4 тыс. га до 735,8 тыс. га и зернобобовых культур - с 240,7 тыс. га до 102,5 тыс. га. В то же время увеличились посевы подсолнечника - с 67,0 тыс. га до 108,0 тыс. га.

В сельскохозяйственных предприятиях республики в целом и по природно-сельскохозяйственным зонам структура посевных площадей нуждается в дальнейшем совершенствовании с учетом урожайности, выхода продукции и доходности с единицы площади, соответствия требованиям продовольственной безопасности и спроса.

Мы провели прогнозные расчеты производства сельскохозяйственной продукции исходя из сложившегося положения и объемов, необходимых для обеспечения уровня продовольственной безопасности и независимости.

Таблица 4. Анализ качественного состояния сельскохозяйственных угодий Республики Башкортостан на 01.01.97 и на 01.01.07 года, тыс. га

Таблица 5. Залужение и перевод деградированной и низкопродуктивной пашни в кормовые угодья, тыс. га

При этом под продовольственной независимостью страны понимается способность к самообеспечению по основным жизненно важным продуктам национального производства на уровне 80% потребности, а продовольственная безопасность основана на самообеспечении страны основными видами отечественного продовольствия и выступает как составная часть национальной безопасности. В расчетах использованы данные по численности населения республики 2007 г. - 4052 тыс. чел., 2010 г. - 4070 тыс. чел., 2015 г. - 4100 тыс. чел. Прогнозные данные взяты из долгосрочной концепции демогра...