Экологические основы формирования продуктивных и устойчивых агросистем на Кольском севере

Оценка потенциала сельскохозяйственных земельных угодий на Кольском севере. Изучение устойчивости агросистем, отдельных свойств почв и природных комплексов региона. Особенности применения удобрений в экстремальных условиях. Охрана окружающей среды.

Рубрика Экология и охрана природы
Вид автореферат
Язык русский
Дата добавления 25.12.2017
Размер файла 1,2 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://allbest.ru

На правах рукописи

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора

биологических наук

Экологические основы формирования продуктивных и устойчивых агросистем на Кольском севере

03.02.08 - экология

Вихман Михаил Иванович

Петрозаводск - 2011

Работа выполнена в Федеральном государственном учреждении «Государственной станции агрохимической службы «Мурманская», на кафедре экологии и биологии Кольского филиала Петрозаводского государственного университета и в филиале ГНУ ГНЦ РФ ВИР «Полярная опытная станция».

Научный консультант: доктор биологических наук Кислых Евгений Евгеньевич.

Официальные оппоненты: член-корреспондент РАН, доктор биологичеких наук, профессор Титов Александр Фёдорович

доктор сельскохозяйственных наук Федорец Наталья Глебовна

доктор биологических наук , профессор Аканова Наталья Ивановна

Ведущее учреждение Российский государственный аграрный университет - МСХА им. К.А. Тимирязева.

Защита диссертации состоится 12 января 2011 г. в 14 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.190.01 при Петрозаводском государственном университете по адресу: 185910, Республика Карелия, г. Петрозаводск, пр. Ленина, 33, ауд. 326 теоретического корпуса.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПетрГУ

Автореферат разослан « » 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат биологических наук Дзюбук И.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. По своей специфике сельскохозяйственное производство не может быть сосредоточено на ограниченной территории, а должно размещаться на значительных пространствах. Для такой страны, как Россия, расположенной в нескольких природно-климатических зонах, это связано не только с продовольственной, но и с экологической безопасностью - при техногенных авариях и катастрофах важна именно рассредоточенность сельскохозяйственных земельных угодий. Особую важность северные территории приобретают при глобальных изменениях климата, проявляющихся периодическими аномальными засухами в южных и центральных регионах европейской части нашей страны. В связи с этим, особое значение для России представляет потенциал этих земель, который до настоящего времени изучен недостаточно хорошо.

Земли сельскохозяйственного назначения относятся к числу важнейших условий существования человечества. Наряду с изучением отдельных свойств почв и природных комплексов все более насущным становится исследование общих закономерностей функционирования почвы не только как средства производства, но и как незаменимого природного ресурса, а также разработка научных методов организации территории для дальнейшего сельскохозяйственного использования, в частности, получения высоких и качественных урожаев кормовых растений. В связи с распадом СССР и образованием ряда самостоятельных государств, для страны были утрачены большие площади плодородных земель, расположенных в южных регионах. Земледелие России приобрело более северный характер, в связи с чем возросло значение сельскохозяйственных угодий, расположенных в высоких широтах. Система применения удобрений в экстремальных условиях Крайнего Севера должна предусматривать получение требуемого уровня урожайности сельскохозяйственных культур высокого качества, сохранение и повышение плодородия почв, а также охрану окружающей среды от загрязнения. Необходимой предпосылкой этого является изучение закономерностей действия удобрений на величину и качество урожая, устойчивость растений к экстремальным условиям произрастания, оптимизация применения удобрений в зависимости от почвенных и климатических условий. земельный кольский почва охрана агросистема

В условиях наступающего техногенного кризиса заметную роль играет и формирование благоприятной городской среды. Для восстановления экологического равновесия между застроенной и природной средами в черте городов необходима экологизация урбанизированных территорий, включающая реконструкцию мест расселения и реставрацию нарушенных ландшафтов. Важнейшей составляющей частью таких ландшафтов являются городские почвы, изучению которых посвящена одна из глав. Исследование качественного состояния урбаноземов, как одной из составных частей окружающей нас природной среды, их оценка для целей озеленения и улучшения здоровья населения является актуальным направлением городской экологии.

С начала XXI века в России и, особенно, в её европейской части происходит переориентация экономических и политических интересов в направлении Европейского севера и, в частности, Арктики, так как именно в северных регионах страны сосредоточена основная часть ее природных богатств. Сохранение и защита этого достояния, рациональное использование всех природных ресурсов, в том числе и земельных, должны рассматриваться как важнейший фактор развития и сохранения суверенитета страны и ее продовольственной безопасности.

Целью исследований было выявление закономерностей формирования продуктивных и устойчивых агроэкосистем в условиях Крайнего Севера.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

· Изучить влияние удобрений и известкования на динамику агрохимических свойств подзолистых и торфяных почв по результатам многолетнего мониторинга;

· Выявить влияние агрохимических средств на количественные и качественные показатели выращиваемых кормовых трав;

· Определить устойчивость основных сельскохозяйственных культур к экстремальным условиям произрастания;

· Дать агроэкологическую характеристику городских почв заполярных городов для целей ландшафтного проектирования;

· Оценить земельные ресурсы Мурманской области и перспективы освоения новых земель для сельского хозяйства.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Длительное применение агроэкологически рациональных доз удобрений и мелиорантов приводит к положительным изменениям агрохимических свойств окультуренных подзолистых и торфяных почв.

2. При сбалансированном режиме питания растений наблюдается существенный рост урожайности кормовых культур и улучшение их качества по таким показателям, как содержание сухого вещества, сырого протеина, сырой золы, органического фосфора и сырой клетчатки.

3. Экологическая устойчивость кормовых трав в условиях Крайнего Севера эффективно регулируется за счет агротехнических и агрохимических средств.

4. Урбанозёмы заполярных городов имеют невысокое содержание макроэлементов и большинства микроэлементов. Естественный радиоактивный фон почв соответствует нормативным показателям, они не подвергались загрязнению техногенными радионуклидами. Для реализации озеленительного этапа ландшафтного проектирования этих почв обязательным является проведение комплекса стандартных агротехнических мероприятий - известкования, внесения органических и минеральных удобрений.

5. Ухудшение современного состояния земельного фонда в Мурманской области обусловливает необходимость освоения новых сельскохозяйственных угодий. По результатам многолетнего агрохимического мониторинга в сочетании с применением ГИС-технологий предложены варианты сельскохозяйственного освоения перспективных территорий в юго-западной части Мурманской области.

Научная новизна. Впервые в условиях Мурманской области проведена комплексная агроэкологическая оценка динамики кислотности, содержания гумуса и основных питательных веществ в пахотных почвах при длительном применении минеральных и органических удобрений.

В многолетнем цикле исследований подтверждена незаменимая роль минеральных и органических удобрений для получения высоких и устойчивых урожаев злаковых трав. На основе корреляционно-регрессионного анализа выявлены связи урожайности зеленой массы кормовых трав с дозами азотных, фосфорных и калийных удобрений. Построены ранжированные ряды влияния различных удобрений на качественные показатели кормовых культур.

Впервые дана оценка агроэкологического состояния почв ряда городов Мурманской области и показаны пути поддержания их плодородия.

С использованием материалов дистанционного зондирования Земли и программных продуктов геоинформационных систем предложены перспективные участки для сельскохозяйственного освоения на Кольском Севере.

Практическая значимость и реализация исследований. Полученные данные являются теоретической и практической базой для разработки и рационального использования земельных ресурсов в условиях Заполярья. Они составляют основу для применения оптимальных доз органических и минеральных удобрений на почвах различного генезиса, для разработки динамических (имитационных) моделей продукционного процесса и программирования урожаев кормовых трав. Результаты исследований нашли свое отражение в учебном процессе по таким дисциплинам как геоэкология, агроэкология и почвоведение, а также при проведении летних учебных практик в Кольском филиале Петрозаводского государственного университета.

Апробация работы. Основные материалы и положения диссертационной работы докладывались на международных и всероссийских конференциях, в том числе: в рамках Баренц-арктического региона (2001 г. в г. Апатиты); Международных конференциях по производству фуража и его рациональному использованию в странах Северной Европы (2002 г., Норвегия, Финляндия); Развитие луговодства кормовых трав в рамках «Баренц-Агрофорум» (2002 г., Швеция); Международная конференция, посвящённая 80-летию «Полярной опытной станции» ВИРа, «Теоретические и практические аспекты адаптивности растительных ресурсов в условиях Мурманской области (2003 г., г. Апатиты); «Растениеводство на Европейском севере: состояние и перспективы» конференция посвящённая 50-летию кафедры агрономии и почвоведения ПетрГУ (2004 г., г. Петрозаводск); «Структурно-функциональные особенности биосистем севера» конференция, посвящённая 65-и летию ПетрГУ и Эколого-биологического факультета (2005 г., г. Петрозаводск); «Агрохимические приёмы повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур в адаптивно-ландшафтных системах земледелия» (2006 г., г. Москва); «Агрохимические приёмы рационального применения средств химизации, как основа повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур» (2007 г., ВНИИА, г. Москва); V Международной научно-практической конференции, Архангельск, Поморский университет, 2007 г.; на Всероссийской конференции с международным участием «Фундаментальные достижения в почвоведении, экологии, с/х на пути к инновациям», Москва, МГУ, 2008 г.; «Применение средств химизации в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур» (2010 г., ВНИИА, г. Москва); на ежегодных семинарах-совещаниях, посвящённых земледелию и кормопроизводству на Кольском севере и в Баренц-регионе.

Публикации. По материалам исследований опубликовано 53 работы, в том числе 2 монографии, одно учебное пособие, 15 статей в изданиях, рекомендованных ВАК. По результатам конкурса «Агрохимик года» по работам, опубликованным в рецензируемом научно-практическом журнале «Агрохимический вестник» рекомендованном ВАК, в 2009 году соискатель признан лауреатом в номинации «Автор года» за цикл опубликованных статей.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 310 страницах и состоит из введения, 6 глав, выводов и списка литературы, который включает 596 наименований, в том числе 56 на иностранных я зыках. Работа содержит 52 таблиц, 20 рисунков, 20 приложений.

Благодарности. В основу диссертационной работы положены результаты многолетних исследований, проведенных автором в ФГУ государственной станции агрохимической службы «Мурманская». В диссертации использованы также результаты экспериментов, проведенных совместно с сотрудниками Кольского научного центра РАН д.б.н. В.И.Костюком, к.т.н. Н.А.Мельник и преподавателями Кольского филиала Петрозаводского государственного университета д.б.н. Е.Е.Кислых и к.б.н. Л.А.Лисеенко. Всем им и коллегам по агрохимической службе выражаю свою искреннюю благодарность.

Объекты, методы и условия проведения исследований

Исследования проводили в многолетних стационарных полевых опытах преимущественно на альфегумусовых подзолах разной степени окультуренности экспериментального участка Полярно-альпийского ботанического сада-института Кольского филиала АН СССР (с 1990 г. - Кольского научного центра РАН), на полях ГОУП «Тулома», ГОУП «Мурманск», ОАО агрофирмы «Индустрия», ФГУ государственной станции агрохимической службы «Мурманская» (1971-2009 гг.).

Объектами исследований были наиболее распространенные в Мурманской области кормовые культуры: овес полевой - сорт «Орел», горох посевной - сорт «Раменский-77», тимофеевка луговая - сорта «Ленинградская 204» и «Хибинская 673», кострец безостый - сорт «Моршанский 760». Локальный почвенно- экологический мониторинг проводили на реперных участках, расположенных на подзолистых почвах хозяйств «Индустрия» и «Арктика», а также на торфяных почвах хозяйств «Индустрия» и «Мурманск».

Исследования на реперных участках позволили выявить динамику почвенного плодородия в условиях резкого сокращения применения средств химизации, воздействие почвенного плодородия на состояние сельскохозяйственных культур. Отбор объединённых проб почвы производился согласно «Методическим указаниям по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения».

Исследования влияния различных видов удобрений проводили в полевых опытах с трех-пятикратной повторностью (делянки 1 м2 на экспериментальном участке Полярно-альпийского ботанического сада-института Кольскоо НЦ РАН в г. Апатиты и 7 м2 на опытных участках ФГУ станции агрохимической службы «Мурманская».

Применяли Nаа (аммоний азотнокислый), Nм (мочевину), Рсд (суперфосфат двойной), Кх (калий хлористый), НАФК (нитроаммофоску), АФК (аммофоску).

При выращивании однолетних и многолетних трав использовали приемы агротехники, разработанные для условий Нечерноземной полосы России и рекомендованные «Системой ведения сельского хозяйства а Мурманской области».

Минеральные удобрения под однолетние и многолетние травы вносили ежегодно, а органические - в соответствии в правилами региональной агротехники. Уход за посевами заключался в борьбе с сорняками как механическими, так и химическими способами. Урожай учитывали сразу после скашивания с последующим взвешиванием зеленой массы со всей площади делянки. В полупроизводственных опытах учет вели 4-5 пробными снопами с площади 1 м2. В посевах многолетних трав проводили два укоса - в начале июля и сентября.

Для оценки качественных показателей растений пробы отбирали сразу после их скашивания. Точечные пробы с учетных площадок каждого варианта (в количестве, как правило, 4-5) тщательно перемешивали и отбирали средний образец. Технология проведения многофакторных вегетационных опытов с кормовыми травами изложена в соответствующих главах.

Все физико-химические анализы проводили в аккредитованной испытательной лаборатории станции по общепринятым методикам, в соответствии с действующими ГОСТами и ОСТами, используемыми в агрохимической службе страны.

Радиационно-экологическое обследование выполняли в аккредитованной лаборатории радиационного контроля Института химии Кольского научного центра РАН (ИХТРЭМС КНЦ РАН) по ГОСТ 30108-94 и по аттестованной методике.

Радионуклиды определяли с помощью радиометрического и гамма-спектрометрического методов анализа. Радиометрическими методами определяли мощность экспозиционной дозы - МЭД, мкР/ч, суммарную альфа- и бета - активность. Работа выполнялась на сертифицированной аппаратуре: дозиметры ДРГ-01Т. Гамма-спектрометрическими методами определяли радионуклидный состав проб почв. Радиационно-гигиеническая характеристика исследуемого объекта включала в себя определение содержания естественных (природных) и техногенных радионуклидов в массовых %. Работа выполнялась на сертифицированном радиологическом комплексе «Прогресс-АРБГ».

Статистическую обработку результатов опытов проводили с использованием программ Microsoft Excel 6,0 и «STATISTICA 8.0». Результаты дисперсионного, корреляционного и регрессионного анализов были использованы для установления взаимосвязи процессов, происходящих в почвах и растениях при внесении удобрений, а также в зависимости от метеорологических условий вегетационных периодов.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Мониторинг пахотных почв на северном пределе земледелия

Почвенный мониторинг - одна из важнейших составляющих экологического мониторинга в целом. Он направлен в первую очередь на выявление антропогенных изменений почв, которые в конечном результате могут нанести значительный вред здоровью человека и сельскохозяйственных животных. В основе почвенно-экологического мониторинга заложены следующие основные принципы: разработка методов контроля за наиболее уязвимыми свойствами почв, изменение которых может вызвать потерю плодородия, ухудшение качества растительной продукции, деградацию почвенного покрова, и проведение постоянного контроля над важнейшими показателями почвенного плодородия.

Сочетание таких природных факторов Мурманской области, как преобладание среди почвообразующих пород завалуненных, грубозернистых, но богатых по минералогическому составу моренных отложений; существенное влияние Атлантического океана на климат Кольского полуострова, что определяет его относительную мягкость; почти полное отсутствие вечной мерзлоты, - ведет к формированию подзолистых альфегумусовых (иллювиально-железистых и иллювиально-гумусовых) почв, основу которых составляет минеральная часть - крупный песок с камнями и валунами.

Генезис этих почв изучен к настоящему времени достаточно хорошо. Начиная с 60-х годов прошлого столетия, появился целый ряд работ, где подробно приводили морфолого-генетическую, химическую и физическую характеристики, динамику некоторых свойств подзолистых почв, составляющих основу пахотных земель минерального состава в Мурманской области (Пономарева, 1964; Белов, Барановская, 1969; Барановская и др., 1969; Манаков, 1970; Таргульян, 1971; Манаков, Никонов,1981; Семко,1982; Переверзев, 1987; Никонов, 1987; Никонов, Переверзев, 1989; Лукина, Никонов, 1996; Переверзев, 2004). В результате многолетних исследований сформировалась концепция, что иллювиально-железистые и иллювиально-гумусовые подзолы представляют собой типичную простую форму развития подзолообразования (Пономарева, 1964). Из-за сильной выраженности иллювиального Al-Fe-гумусового процесса такие почвы стали относить к типу Al-Fe-гумусовых почв (Таргульян, 1971). Морфологический профиль этих почв имеет четкую дифференциацию на генетические горизонты.

Валовой химический состав описываемых почв обусловлен показателями, характеризующими почвообразующую породу, и интенсивностью развития иллювиально-гумусового процесса. Широко распространенные моренные отложения богаты окислами, щелочными и щелочноземельными катионами (Лаврова, 1959).

Подзолистые Al-Fe-гумусовые почвы отличаются большим накоплением элементов-биофилов (кальция, фосфора, марганца) в самом верхнем горизонте. Для минеральной части профиля характерно элювиально-иллювиальное распределение полуторных окислов. Для пахотных горизонтов отмечаются, как правило, усредненные показатели валового химического состава верхних минеральных горизонтов целинных почв, т.к. при их освоении лесная подстилка почти полностью удаляется.

Физико-химические свойства целинных почв в значительной степени зависят от условий их формирования, но в целом весьма неблагоприятны для ведения земледелия. Для верхних горизонтов А0 и А2 характерны высокая кислотность и низкая насыщенность почвенного поглощающего комплекса основаниями. С глубиной кислотность несколько уменьшается. Ввиду того, что в верхних горизонтах обменная кислотность выше по сравнению с нижними, показатели рН в солевой суспензии подчиняются той же тенденции. Физико-химические свойства пахотных почв во многом зависят от уровня агротехники, особенно применения извести, в результате чего они имеют, как правило, невысокую кислотность (рНводн ? 5,0). Применение органических удобрений также способствует снижению кислотности почв. Однако насыщенность почвенного поглощающего комплекса основаниями редко превышает 50%. Ёмкость обмена в верхнем горизонте достигает иногда значительных величин, что показывает на возможность формирования у песчаных почв поглощающего комплекса, не уступающего таковому у почв более тяжелого механического состава. Дальнейшему насыщению почв подвижными основаниями препятствует их высокая подвижность в условиях промывного типа водного режима.

Таким образом, окультуривание приводит не только к перестройке профиля иллювиально-гумусовых подзолов, но и к значительному изменению их состава и свойств, что дает возможность использовать эти почвы в земледелии.

Отрицательное действие повышенной кислотности почв на сельскохозяйственные растения в бореальной зоне связано, прежде всего, с тем, что для них, в отличие от аборигенных растений, требуется реакция среды в пределах от слабокислой до нейтральной. Так, оптимальные условия для бобовых растений складываются при рН почвы от 5,5 до 7,5. В Мурманской области для создания долголетних лугов используют многолетние верховые злаковые травы: тимофеевку луговую, кострец безостый, лисохвост луговой, овсяницу луговую.

Для тимофеевки луговой оптимальными являются условия произрастания при рН от 6,0 до 6,5, при этом повышенная кислотность почвы (3,5-4,0) переносится плохо. Благоприятные условия возделывания лисохвоста лугового при рН в пределах от 5,5 до 6,0, но повышенную кислотность он переносит удовлетворительно. Кострец безостый не переносит кислых почв, оптимальная кислотность для его возделывания 5,5-6,5. Так же, как и кострец безостый, овсяница луговая плохо переносит повышенную кислотность почв и оптимальными условиями произрастания для нее является интервал рН 5,5-6,5.

Из однолетних кормовых культур в Мурманской области выращивают овес, горох, озимую рожь и вику яровую. Наибольшее распространение получил овес в чистом виде и в смеси с горохом или викой. Оптимальными значениями рНKCl для овса являются 5,0-7,7 (может произрастать при рН 3,5-4,0); для озимой ржи - 5,5-7,5 (переносит pH 4,6-5,0). Горох, как и вика яровая, плохо растет на кислых почвах, оптимальная кислотность для них 6,0-7,0. Выявлено, что кормовые растения (однолетние культуры), возделываемые на окультуренных Al-Fe-гумусовых подзолах, произрастают не только в неблагоприятных климатических и эдафических условиях, но и за пределами своего ареала (северная граница ареала лежит гораздо южнее Полярного круга).

Полученные результаты VI-VIII туров агрохимического обследования свидетельствуют о том, что за сравнительно короткий период хозяйствования кислотность Al-Fe-гумусовых подзолов может быть приведена к физиологическим требованиям сельскохозяйственных растений и поддерживаться на этом уровне.

По нашим данным, оптимальными параметрами рНKCl для возделывания однолетних интродуцированных кормовых растений в этих условиях можно считать пределы 5,5-7,0, а пределы 4,5-5,5 рНKCl следует рассматривать как рискованные, но возможные для возделывания традиционных однолетних кормовых культур.

Окультуренные подзолы с параметрами кислотности пахотного слоя < 4,5 pHKCl следует рассматривать как нецелесообразные для выращивания этих растений. Таким образом, нами предлагается считать пределы рНKCl 4,5-7,0 толерантным диапазоном возделывания однолетних интродуцированных кормовых растений на Al-Fe-гумусовых подзолах в агроэкосистемах Мурманской области. По результатам шести последних туров агрохимического обследования пашни (с IV по X) установлено, что проведение систематической химизации и мелиорации почв в хозяйствах способствовало значительному снижению доли очень сильно кислых и сильно кислых подзолистых почв.

На рис. 1 и 2 представлены результаты IV и X туров, которые наглядно это подтверждают.

Рис. 1. Структура пахотных почв по pH (по данным 4-го тура обследования).

Рис. 2. Структура пахотных почв по pH (по данным 10-го тура обследования).

Многолетний мониторинг кислотности проводился и на отдельных реперных участках - в хозяйствах «Арктика» (на иллювиально-гумусовом подзоле) и «Мурманск» (на торфяной почве). На рис. 3. отражена постепенная тенденция к подкислению пашни на минеральной почве (рН от 5,1 до 4,5) и относительно стабильные показатели на органогенной почве ( с небольшими колебаниями около рН 4,5).

Рис. 3. Многолетняя динамика рН почв на реперных участках

Также было установлено, что в течение последних 15 лет средние показатели pHKCl почв более 100 почвенных контуров пашни колебались в пределах 5,0-6,0, концентрация обменных Ca и Mg - в диапазоне 6-20 и 1-15 мг-экв/100 г соответственно, степень насыщенности основаниями - от 40 до 90%. При этом было установлено, что временные изменения параметров кислотности подзолов агроэкосистем Мурманской области в большинстве случаев статистически недостоверны.

Значение коэффициента детерминации (R2 = 41,8%) свидетельствует о существовании связи между рН и степенью насыщенности почв основаниями (рис.4).

Рис.4. Взаимосвязь между рН и степенью насыщенности (СН) основаниями подзолов

Таким образом, показатель степени насыщенности почв основаниями можно рассматривать как информативный показатель при оценке динамики кислотности подзолов агроэкосистем и использовать его при проведении мониторинга. Сельскохозяйственное использование торфяных почв в Мурманской области более предпочтительно с экологической точки зрения, по сравнению с широко распространенными Al-Fe-гумусовыми подзолами, поскольку агроэкосистемы на торфяных почвах больше соответствуют организации природных экосистем.

Неблагоприятные климатические условия и низкое естественное плодородие впервые освоенных почв Кольского Севера обуславливает необходимость ежегодного применения удобрений. Изучение баланса основных питательных элементов растений является обязательным условием для разработки систем управления плодородием почв и формирования устойчивых и высокопродуктивных агроэкосистем. Еще Д.Н.Прянишников (1965) предложил считать главной задачей агрохимии изучение именно круговорота веществ в земледелии, а также выявление тех мер воздействия на его течение, которые могут повысить урожай и улучшить качество растений. В пахотных почвах баланс NPK может служить одним их объективных показателей степени интенсификации и культуры земледелия. Обычно рассчитывают хозяйственный баланс, основанный на выносе питательных веществ с оприходованным урожаем. Более объективное представление о расходе и приходе элементов дает биологический баланс, при котором, кроме хозяйственного отчуждения с урожаем, учитывается и количество элементов, находящихся в пожнивных и корневых остатках. Это особенно существенно для северных почв с их низкой биологической активностью, при которой разложение растительных остатков протекает с невысокой интенсивностью, а мобилизация и усвоение питательных веществ растениями ограничены.

Для оценки эффективности применения минеральных удобрений при производстве кормов из многолетних трав в земледелии Мурманской области рассчитывали баланс азота, фосфора и калия в разрезе наиболее крупных хозяйств и по области в целом по итогам хозяйственной деятельности за наиболее типичные годы. В таблице 1 приведены данные за 2000 г. Продуктивность многолетних трав в Мурманской области в основном поддерживается за счет внесения довольно высоких доз минеральных удобрений. В среднем по области в анализируемом году было внесено по 132 кг азота, 50 кг фосфора и 41 кг калия на 1 га пашни в действующем веществе.

Во всех хозяйствах области первостепенное значение при выращивании кормовых трав придается азотным удобрениям - дозы азота превышают дозы фосфора и калия. В то же время, продуктивность посевов не всегда зависит от доз и соотношения NPK, значительную роль играют состояние почвы, её влажность, температура, водно-воздушный режим и другие факторы. С урожаем многолетних трав выносится незначительное количество фосфора, довольно существенная часть азота и еще более высокие объемы калия. Баланс элементов минерального питания в агросистемах, составленный только по двум, но по наиболее существенным показателям, таким как вынос с урожаем и внесением с минеральными удобрениями, позволяет весьма точно определять основные направления круговорота веществ. В своих исследованиях мы ограничились определением баланса основных питательных веществ по их выносу с урожаем и внесению с минеральными удобрениями. По этим двум показателям сложился значимый положительный баланс азота. Баланс фосфора в целом по области и по большинству сельскохозяйственных предприятий также является положительным. Однако фосфор может закрепляться в почвенно-поглощающем комплексе в труднодоступной форме, и растения при его недостатке в почве в перспективе смогут его извлекать из этого состояния. Но такое внесение «про запас» нецелесообразно с экономической точки зрения. В 2000 году сложился отрицательный баланс калия и кормовые травы для формирования урожая частично использовали запасы почвенного калия. При его невосполнении создается угроза калийного истощения почвы. В последующие годы выявленная тенденция, в целом, сохранилась в агроэкосистемах Мурманской области. С экологической точки зрения складывается неудовлетворительная ситуация по круговороту азота, наблюдаются тенденции к повышению запасов фосфора и к снижению запасов калия в почве. В целом, в земледелии Мурманской области необходима корректировка системы применения удобрений, и, в первую очередь, уточнение доз минеральных азотных удобрений и увеличение доз калийных на конкретных участках с учётом агрохимических картограмм.

Одной из основных целей проведенного нами агроэкологического мониторинга было исследование качества кормовых трав в многолетнем цикле. Основное свойство кормов - удовлетворять разносторонние природные потребности животных в пище. Для соответствия требованиям качества пищи необходимо знать характерные особенности различных видов кормов и содержание в них основных питательных веществ. Известно, что природно-климатические условия, наряду с применением удобрений, оказывают большое влияние на качество (химический состав) растительных кормов, а для определения сбалансированных научно-обоснованных рационов кормления сельскохозяйственных животных недостаточны усредненные показатели по стране или региону. Из-за значительного отличия условий Кольского Севера от других заполярных и, тем более, южных регионов необходим постоянный контроль за химическим составом как привозных, так и местных кормов для составления правильно сбалансированных рационов. Ранее проведенными исследованиями было отмечено, что по ряду показателей качество выращиваемых в Заполярье кормовых трав уступает привозным из южных регионов. (Кислых, Ласкин и др., 1989). Данные, полученные позже в полевых опытах с различными удобрениями свидетельствовали, что у кормовых трав возможно достижение нормативных параметров лишь по некоторым биохимическим показателям (Кислых, 2002). Сельскохозяйственное растениеводство Мурманской области в настоящее время не в состоянии полностью обеспечить себя кормами и часть их завозится из других регионов, что требует дополнительных расходов на производство животноводческой продукции. Это обусловливает необходимость получения в условиях Заполярья максимального урожая кормовых растений, причем высокого качества и питательной ценности, из которого можно было бы приготовить широкий ассортимент кормов.

Таблица 1

Баланс элементов минерального питания многолетних кормовых трав в 2000 году (кг/га в д.в.)

Хозяйство

Урожай зеленой массы, т/га

Внесено с удобрениями

Вынесено с урожаем

Баланс

N

Р2О5

К2О

N

Р2О5

К2О

N

Р2О5

К2О

1. Кольский

14,3

207

15

15

47,4

11,5

68,9

+159,6

+3,5

-53,9

2. Мончегорский

13,0

183

73

73

43,6

10,6

63,4

+139,4

+62,4

+9,6

3. Мурманск

18,0

147

48

48

60,4

14,6

87,8

+86,6

+33,4

-39,8

4. Нивский

7,1

132

3

3

13,9

3,4

20,2

+118,1

-0,4

-17,2

5. Ревда

8,0

-

-

-

25,7

6,2

37,4

-25,7

-6,2

-37,4

6. Полярные Зори

4,3

96

44

44

11,6

2,8

16,9

+84,4

+41,2

+27,1

7. Полярная звезда

10,2

169

61

61

31,3

7,6

45,6

+137,7

+53,4

+15,4

8. Тулома

7,1

285

166

108

23,4

5,7

34,0

+261,6

+160,3

+74,0

9. Тундра

7,2

133

16

16

24,5

5,9

35,6

+108,5

+10,1

-19,6

10.ОПХ «Рассвет»

9,4

104

41

41

28,2

6,8

41,1

+75,8

+34,2

-0,1

11. Индустрия

12,1

90

29

29

38,7

9,4

56,3

+51,3

+19,6

-27,3

В среднем по области

10,8

132

50

41

29,7

7,2

43,2

+102,7

+42,8

-22

Примечание. Прочерк - удобрения не вносились.

В таблице 2 представлены данные по качеству и питательности зеленой массы трав за 15-летний период. Травы сеяных кормовых угодий - полноценный корм для травоядных животных, удельная доля которого должна составлять не менее 35% в годовом кормовом балансе. Объем заготавливаемой зеленой массы колебался по годам, он имел отчетливую тенденцию к снижению и практически стабилизировался на уровне 40-44 тыс.тонн в последние годы.

Во многом такие изменения на Крайнем Севере связаны с неустойчивыми погодными условиями, но в то же время наблюдается сокращение посевных площадей и уменьшение поголовья в животноводстве региона. Сухого вещества в зелёной массе, согласно нормативным требованиям, должно быть не менее 20%. По годам этот показатель был в пределах нормы и в среднем составил 26,3%. По химическому составу зеленая масса полностью соответствовала требуемому уровню по сырой клетчатке (не более 26%) и по сырой золе (не более 10%), частично соответствовала по кормовым единицам (не менее 0,9), но была ниже требований по сырому протеину (не менее 13%) и ОЭ (не менее 10 МДж/кг).

В целом, для комплексной оценки питательности корма в настоящее время используют около 28 показателей (Биологические основы..., 2004). По представленным в таблице 2 показателям можно сделать вывод о том, что зеленая масса трав, выращенных в Мурманской области частично уступает травам из других регионов только по содержанию переваримого протеина. Следует отметить также, что корма, поступившие из других областей Северо-Западного округа (даже более качественные), нередко имеют значительные отличия по целому ряду показателей между отдельными партиями одноименных видов корма. Это обусловлено тем, что в Мурманскую область завозят недостающие корма, заготовленные в районах с разными почвенно-климатическими условиями, которые оказывают большое влияние на их качество.

Аналогичный мониторинг в течение 15 лет проводили по сену и силосу. Качественное сено является для травоядных полноценным кормом и имеет существенную долю в рационах КРС. Как и для зеленого корма, отмечено заметное снижение объемов заготовки сена с 1995 по 2009 годы. Содержание сырого протеина по годам заметно колебалось и было меньше, чем у сена многолетних трав, завозимого из других регионов страны.

Показатели ОЭ и кормовых единиц практически одинаково. Особенности заполярного климата Кольского полуострова, с его повышенной влажностью в период уборки многолетних трав, не позволяют получать на всей территории качественное сено. Несомненно, что влияние на качество трав, наряду с известными агротехническими приемами, оказывают и метеорологические условия вегетационного периода. Например, в умеренном по температуре и увлажнению для многолетних трав 1999 г., при наибольшем объеме заготовленного сена, зарегистрированы наиболее низкие показатели качества - около 70% отнесено к неклассному или 3-го класса качества. В теплом и влажном 2005 г. сена собрано почти вдвое меньше, но 66% отнесено к 1-му классу качества. Важное значение в рационе кормления животных в Мурманской области имеет такой консервированный корм, как силос. Силос является основным компонентом в рационе кормления КРС и его доля составляет по хозяйствам 60-65%. Сравнение химического состава местного силоса с заготавливаемым в более южных областях показывает, что отличия невелики. По таким показателям, как сухое вещество, сырой протеин, клетчатка и кормовые единицы силос практически одинаков, но по содержанию сырой золы местный силос немного уступает. В отношении наличия питательных веществ в 1 кг корма средние данные по кормовым единицам за период исследования были близки полученным в Ленинградской и Московской областях, а по другим показателям оказались немногим ниже. Четкую динамику качества силоса дают данные по отнесению его к классам качества. За время исследования доля первоклассного силоса сильно колебалась (от 0 до 52%) , но в среднем была невелика. Меньше варьировала та часть силоса, которая была отнесенна ко 2-му и 3-му классу. Процент неклассного корма по годам заметно менялся и в 2001 г. составил почти 50% от общего объема заготовок, но уже в 2006 г. снизился до 6,7%.

В целом, исходя из представленной информации можно сделать вывод, что, несмотря на неблагоприятные природные и климатические условия, на Кольском полуострове можно выращивать кормовые травы, лишь немногим уступающие по качеству произрастающим в более южных регионах. Собственное полевое кормопроизводство должно иметь здесь хорошие перспективы и интенсивно развиваться. Это также подтверждается тем, что за последние несколько лет животноводы Мурманской области занимают лидирующие позиции в России по надою молока на одну корову - в среднем более 6 тыс. кг.

Многолетние исследования позволяют видеть перспективы устойчивого развития растениеводства и кормопроизводства, а на его базе - животноводства в условиях Кольского Севера. В северных регионах России расположена основная часть ее природных богатств. Динамичное развитие этих регионов, с привлечением людских ресурсов должно рассматриваться как важнейший фактор суверенитета страны, при этом его существенной частью несомненно должна является продовольственная безопасность.

В таблице 3 (прочерк - отсутствие данных) приведены сведения по многолетней динамике применения удобрений и их эффективности под кормовые культуры в условиях Мурманской области. Средние данные за 1986-1990 гг. отражают наиболее продуктивный период советского времени. Посевная и уборочные площади были тогда соответственно в 1,6 и 2,5 раза больше, чем в среднем за рассматриваемый 15-летний период. Наиболее значительное снижение посевных площадей наблюдается у однолетних трав.

Сравнивая результаты по всем представленным в таблице 3 показателям растениеводства области можно отметить, что они заметно уступают последним годам советского периода. В первую очередь это касается урожайности однолетних трав - в среднем она снизилась с 17,1 до 11,4 т/га. Одновременно по годам просматриваются заметные колебания в урожайности трав, связанные, прежде всего, с колебаниями погодных условий вегетационных периодов.

Таблица 2

Качество и питательность зеленой массы кормовых трав в Мурманской области (1995-2009 гг.)

Годы

Заготовлено, тыс. т

Сухое вещ-во, %

Химический состав на сухое вещество

Содержание питательных веществ в 1 кг корма

сыр. протеин, %

сыр. клетчатка, %

сырая зола, %

ОЭ, МДж/кг

кормов. ед., кг/кг

Са, г

Р, г

ОЭ, МДж/кг

перевар. протеин, г

кормов. ед., кг

1995

73,0

31,3

8,3

28,0

6,1

9,9

0,8

0,7

0,6

3,1

13,3

0,25

1996

26,8

22,4

11,2

24,7

5,2

9,2

0,7

2,2

0,5

2,1

16,1

0,15

1997

58,0

27,5

10,2

23,9

5,7

8,7

0,6

0,8

0,7

2,4

19,9

0,17

1998

61,6

23,5

12,2

28,0

8,0

9,8

0,8

1,6

0,7

2,3

19,4

0,18

1999

61,2

26,5

11,6

25,4

7,9

9,2

0,7

0,9

0,7

2,4

18,6

0,18

2000

71,8

32,5

10,7

25,2

6,2

9,0

0,7

2,2

1,0

2,9

19,1

0,22

2001

68,0

27,6

13,0

25,8

6,0

9,8

0,7

2,2

0,8

2,7

23,2

0,20

2002

64,0

26,8

11,1

25,9

6,9

9,5

0,8

1,6

0,8

2,5

17,6

0,19

2003

58,8

23,5

13,1

25,1

6,5

10,0

0,8

1,4

0,8

2,3

19,7

0,19

2004

46,8

25,8

11,6

27,5

6,5

9,7

0,9

1,5

0,8

2,5

18,6

0,20

2005

54,4

25,4

12,2

25,9

6,6

10,1

0,8

1,1

0,9

2,6

19,7

0,22

2006

58,0

22,4

13,3

26,3

7,1

10,2

0,8

1,1

0,8

2,3

20,0

0,18

2007

39,9

27,2

10,9

26,0

6,3

10,2

0,8

1,1

0,9

2,8

17,0

0,23

2008

44,2

25,5

13,6

25,6

6,0

10,3

0,8

1,0

0,8

2,6

22,6

0,22

2009

41,8

23,2

16,5

22,9

5,8

10,8

0,9

1,1

0,8

2,5

27,2

0,22

Среднее по области

55,2

26,1

12,0

25,7

6,4

9,8

0,8

1,4

0,8

2,5

19,5

0,20

Вика+овес*

21,1

17,5

28,4

9,9

9,9

0,9

2,0

1,1

2,1

27,0

0,18

Вика+овес**

18,6

16,7

28,4

11,3

9,9

0,8

1,9

0,8

1,8

22,0

0,14

Тимофеевка+овсяница+ кострец***

25,3

10,3

32,4

9,1

9,2

0,8

1,3

0,7

2,3

16,0

0,19

Примечание. * В среднем по России, ** по Ленинградской области, *** по Московской области.

Таблица 3

Применение удобрений и продуктивность кормовых угодий по Мурманской области

Годы

Посевная площадь, га

Однолетние травы

Многолетние травы

Выход продукции с 1га, зерн.ед

Внесено удобрений

Окупаемость 1 кг в д.в. удобрен.Зерн.ед.

В том числе

Уборочная площадь, га

Урожайность, т/га

Уборочная площадь, га

Урожсть, т/га(на з/м)

Уборочная площ., га

Урожсть, т/га(на сено)

всего

Органических, т/га

Минеральных, кг/га д.в.

Одно- летние травы

Много- летние травы

всего

в том числе

N

P

K

1995

11735

6235

12,7

5500

9,3

-

-

8,5

304

18

124

82

21

21

1,96

-

-

1996

11566

4686

8,6

4672

6,6

1142

2,3

6,7

262

16

102

61

22

19

1,78

1,10

4,67

1997

10642

4512

9,1

4765

7,6

7338

1,7

7,2

304

14

164

89

37

38

1,65

0,98

3,18

1998

10153

3979

10,6

4299

8,9

1113

1,8

8,5

313

16

148

87

30

31

1,90

1,07

4,37

1999

9229

3734

10,8

4237

9,2

768

1,5

8,5

380

14

240

143

56

41

1,56

1,05

2,67

2000

9126

3053

11,4

4595

9,0

774

1,5

8,9

344

12

223

132

50

41

1,82

1,21

2,59

2001

8670

2993

13,9

4641

8,5

794

1,5

9,3

245

12

125

83

27

15

2,65

1,56

5,0

2002

8172

3030

14,3

4330

8,8

503

1,3

9,3

265

14

125

86

27

12

2,46

1,68

4,19

2003

7089

2538

11,9

3726

7,2

486

1,4

7,6

300

14

160

76

74

10

1,78

1,12

3,37

2004

6785

2561

12,0

3644

7,0

473

1,6

7,9

303

15

153

51

102

-

1,80

1,2

3,8

2005

6528

2407

12,1

3150

7,4

971

1,5

8,2

245

12

125

44

81

-

2,40

1,2

6,4

2006

6484

2393

12,4

3627

8,2

302

3,6

8,3

239

13

109

30

66

13

2,30

2,7

4,6

2007

6370

2382

7,9

3252

6,7

639

1,6

6,6

225

11

115

46

57

12

2,10

2,3

4,1

2008

6067

2223

11,7

2984

6,8

641

1,5

7,2

223

15

76

35

37

4

4,20

2,3

4,7

2009

5968

2348

12,1

3273

6,9

347

1,5

7,5

263

16

103

61

35

7

3,20

2,5

4,1

В ср. за 1995-2009

8306

3272

11,4

4046,3

7,9

1163,6

1,7

8,0

281

14

140

74

48

20

2,24

1,57

4,12

В ср. за 1986-1990

13587

8001

17,1

4462

12,61

1124

2,78

13,7

721

39,8

323

151

81

91

1,33

1,20

2,20

Однако за весь рассматриваемый период показатели ни в одном году не превысили средних данных за 1989-1990 гг. Одной из основных причин безусловно является значительное снижение доз вносимых удобрений, как органических (в 2,8 раза), так и минеральных (в 2,3 раза). Причем, хорошо выражена тенденция получения более высоких урожаев однолетних трав во влажные и относительно теплые годы (1995, 2001, 2002), а многолетних - в засушливые (1996, 2006). Менее заметны колебания в эти годы по выходу продукции с 1 га в зерновых единицах - от 6,7 до 9,3. При этом, следует отметить закономерность возрастания окупаемости удобрений к 2009 г.

Статистическая обработка данных по влиянию органических удобрений и NPK на урожайность трав, позволила установить следующие закономерности (таблица 4).

Таблица 4

Линейная корреляция показателей продуктивности растений с дозами удобрений

Показатели

Навоз

(Н)

Азот

(N)

Фосфор

(P)

Калий

(K)

Урожай...


Подобные документы

  • Оценка природно-ресурсного потенциала и экологического состояния Прикаспия. Экологические аспекты проблем рационального использования природных ресурсов и охрана окружающей среды. Бэровские бугры как уникальные памятники природы Прикаспийского региона.

    книга [3,6 M], добавлен 16.07.2014

  • Экология, урбанизация, градостроительная экология. Методология и теория городской экологической среды. Рациональное использование и охрана природных ресурсов. Обеспечение экологической и радиационной безопасности. Оценка состояния окружающей среды.

    контрольная работа [558,6 K], добавлен 11.05.2014

  • Охрана окружающей среды как неотъемлемое условие обеспечения экологической безопасности, устойчивости экономического и социального развития общества. Государственное управление и контроль природных ресурсов в Белоруссии в области охраны окружающей среды.

    реферат [14,0 K], добавлен 25.11.2010

  • Роль и значение охраны окружающей среды, ее земельных, водных ресурсов, растительного и животного мира. Основные направления природоохранительной деятельности в условиях системы аграрного производства. Направления правовой охраны окружающей среды.

    контрольная работа [20,4 K], добавлен 24.11.2012

  • Проблема охраны окружающей среды, ее рост в связи с воздействием человека на природу. Факторы, которыми обусловлено химическое загрязнение окружающей среды. Мероприятия по охране атмосферы, водных и земельных ресурсов. Процесс очистки сточных вод.

    презентация [1,4 M], добавлен 14.01.2014

  • Гигиенические требования к почвам сельскохозяйственных угодий. Оценка почв сельскохозяйственного назначения и рекомендации по их использованию. Исследование содержания опасных для человека химических, биологических и радиоактивных веществ в почвах.

    реферат [43,1 K], добавлен 10.12.2010

  • Международные отношения и эволюция окружающей среды. Охрана окружающей среды - международная задача. Международное экологическое право. Охрана различных видов окружающей среды. Охрана фауны и флоры. Охрана природы - практика западных стран.

    статья [77,6 K], добавлен 09.11.2006

  • Современные биотехнологии в сфере охраны окружающей среды. Утилизация и переработка органических промышленных, бытовых и сельскохозяйственных отходов. Биологическая рекультивация, биотехнологии очистки почв от нефти и нефтепродуктов, выбросов в атмосферу.

    реферат [47,5 K], добавлен 18.12.2010

  • Общая характеристика этнической общности. Распределение природных ресурсов между областями Китая с точки зрения нерешенной проблемы. Проблема нехватки воды на севере Китая и уровень гидроресурсов страны. Понятие и сущность степных угодий страны.

    контрольная работа [42,3 K], добавлен 17.08.2011

  • Система государственных органов, осуществляющих управление в области природопользования и охраны окружающей среды. Экологическая экспертиза. Мониторинг окружающей среды. Учет природных объектов и ведение природных кадастров. Экологическое страхование.

    презентация [151,2 K], добавлен 20.04.2016

  • Проблема охраны окружающей природной среды и комплексного использования природных ресурсов в горнодобывающей промышленности. Охрана и рациональное использование водных ресурсов, воздушного бассейна, земель и недр. Переработка отходов производства.

    курсовая работа [45,8 K], добавлен 21.01.2011

  • Видовое разнообразие биоценоза. Охрана атмосферного воздуха - ключевая проблема оздоровления окружающей среды. Антропогенные воздействия на леса и прочие растительные сообщества. экологические последствия стихийных бедствий эндогенного характера.

    контрольная работа [590,7 K], добавлен 09.05.2014

  • Состояние окружающей среды г. Новосибирска и его основные проблемы - загрязнение почв и радиационная обстановка. Состояние и показатели окружающей среды Центрального и Заельцовского районов. Охрана окружающей среды и природоохранные мероприятия.

    курсовая работа [33,9 K], добавлен 24.09.2010

  • Исследование окружающей среды в Оренбургской области на сегодняшний день. Анализ и особенности государственного регулирования в области охраны окружающей среды. Обзор методов, используемых муниципальной властью Оренбурга для улучшения окружающей среды.

    реферат [20,0 K], добавлен 05.06.2010

  • Вклад видов экономической деятельности в загрязнение окружающей среды. Основные загрязнители атмосферы. Характеристика регионов России по показателям загрязнения окружающей природной среды. Экологические последствия использования природных ресурсов.

    практическая работа [915,9 K], добавлен 13.11.2016

  • Охрана окружающей среды и общественное движение за мир. Основные среды жизни живых организмов и их характеристика. Биосферные функции стратосферного озона. Значение леса в природе и жизни человека. Водоохранные зоны и их роль в охране окружающей среды.

    контрольная работа [1,9 M], добавлен 14.07.2009

  • Классификация природных ресурсов. Загрязнение окружающей среды. Контроль за качеством природной среды. Свойства земли, ее значение в разных отраслях хозяйства. Земельный фонд России, категории и их признаки. Правовые основы экологического контроля.

    курс лекций [151,4 K], добавлен 25.03.2013

  • Правовая основа охраны окружающей среды. Состояние природных объектов, формирующих созданную человеком окружающую среду. Контроль в области охраны окружающей среды. Внедрение экологически безопасных современных технологических процессов и оборудования.

    реферат [28,0 K], добавлен 09.10.2012

  • Теоретические основы управления окружающей среды: география города, климат, демография, гидрография. Особенности экологической обстановки в городе Ярославль, состояние природных ресурсов. Организация государственного мониторинга окружающей среды.

    контрольная работа [646,8 K], добавлен 12.01.2012

  • Антропогенные факторы и их влияние на биотические и абиотические факторы природной среды. Деградация почв: эрозия, опустынивание, засоление и заболачивание. Федеральный закон "Об охране окружающей среды" и особенности правового режима природных ресурсов.

    курсовая работа [27,7 K], добавлен 12.02.2014

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.