Методы повышения плодородия почв Челябинской области

Размещено на http://www.allbest.ru/

Статья по теме:

Методы повышения плодородия почв Челябинской области

В.И. Бархатов, И.П. Добровольский, В.С. Зыбалов

Аннотация

почва плодородие производственный безопасность

На сегодняшний день обеспечение продовольственной безопасности есть один из наиболее перспективных и значимых ориентиров обеспечения национальной безопасности России. Центральная роль в мероприятиях по обеспечению продовольственной безопасности страны принадлежит российским регионам, в которых сосредоточено основное производство продовольственных ресурсов. В данной статье речь пойдёт о перспективных методах повышения плодородия почв Челябинской области с целью обеспечения высокой конкурентоспособности сельскохозяйственной продукции региона в масштабах страны и мира, а также с целью обеспечения продовольственной безопасности как Челябинской области, так и России в целом.

Ключевые слова: повышение плодородия, социально-экономическое развитие, продовольственная безопасность, земельный фонд Челябинской области.

Annotation

Today, food security is one of the main directions of ensuring national security of Russia. The most important role in ensuring food security belongs to the Russian regions where the main production is concentrated food resources. In this article, we will focus on the promising methods of improving soil fertility of the Chelyabinsk region with the aim of ensuring high competitiveness of agricultural products in the region across the country and the world, and with the aim of ensuring food security of the Chelyabinsk region and Russia as a whole.

Keywords: fertility, socio-economic development, food security, land fund of the Chelyabinsk region.

Исследование вопроса о том, на каком уровне развития находится сельскохозяйственная отрасль региона, необходимо начать с анализа состояния земель сельскохозяйственного назначения Челябинской области.

Основным средством для производства в сельском хозяйстве является земля, основным ресурсным элементом в составе которой является пашня, от ее состояния зависит урожайность культур и обеспечение продовольственной безопасности области. Земельный фонд области составляет 8852,9 тыс. га, в котором сельскохозяйственные угодья занимают 56,6%, в том числе площадь пашни 35% [1, 4]. Наиболее плодородными почвами в области являются черноземы, освоенность которых приходится на южную лесостепную и степную зоны - 77 и 81% соответственно.

Черноземы (и выщелоченные, и обыкновенные) наиболее плодородны, связано это с тем, что в них высокое содержание гумуса (7,08%, 6,12% и 4,20% соответственно). Однако содержание гумуса в пахотных землях постоянно снижается в связи с тем, что на его состояние оказывают значительное влияние не только органические вещества, но и кислотность почв и тяжелые металлы. Под их влиянием за последние годы в черноземах ежегодно снижается содержание гумуса, потери которого за время использования пашни по сравнению с целиной снизились на 21,7 т/га, что объясняется уменьшением внесения в почвы органических удобрений, внесение которых снизилось с 7т/га д.в. в 1990 г. до 0,1т\ га д. в. в 2008-2012 гг. [3, 4].

Одной из причин снижения урожайности зерновых культур в области (с 16,2 ц/га в 1990 г. до 10,2 ц/га в среднем за 2008-2012 гг.) является также сокращение использования минеральных удобрений, внесение которых в почву уменьшилось с 36,0 кг/га д.в. в 1990 г. до 8,9 кг/га д.в. (в среднем) за 2008-2012 гг. Как видно из приведенных данных, в почвы вносится низкое количество и органических, и минеральных удобрений. На плодородие почв существенное влияние оказывают питательные вещества, содержание которых в почве непостоянно и постоянно изменяется, что подтверждается приведенными в таблице 1 данными [1, 2].

Таблица 1 - Содержание азота и фосфора в почвах стационарных пунктов мониторинга, мг/кг почвы

Из приведенных данных видно, что в целом в почвах содержание как азота, так и фосфора высокое, но они из-за указанных выше условий в большинстве почв находятся в валовом (нерастворимом) состоянии и поэтому не усваиваются растениями, что ведет к их накоплению в почвах, и поэтому дополнительное внесение удобрений не оказывает существенного влияния на урожайность зерновых культур [2, 3, 4].

Питательные вещества содержатся в составе гуминовых кислот гумуса в количестве 4-5% от его содержания в почвах, и поэтому снижение содержания гумуса приводит к уменьшению содержания питательных веществ, в том числе и к снижению содержания гидролизованного азота [2, 4]. Содержание фосфора зависит от его количества в почвообразующей породе и от количества вносимых фосфорных удобрений.

Установлением причин низкой урожайности зерновых культур в области и разработкой эффективных методов повышения плодородия почв занимались многие ученые-аграрии, в том числе В.А. Синявский, А.В. Вражнов и др. Основными причинами низкой урожайности зерновых культур, по их мнению, кроме недостаточного внесения удобрений и нарушения нормативов по эксплуатации земель, являются значительное сокращение площади лесов и экологическая необустроенность сельскохозяйственных территорий. Конечно, применение всех этих рекомендаций позволит в значительной мере повысить плодородие почв, однако это не решит очень важной задачи - повышения коэффициента использования минеральных удобрений и мелиорантов сельскохозяйственными культурами.

Факторы, влияющие на полноту использования растениями удобрений и кальция. На полноту извлечения растениями удобрений и кальция, как указывалось выше, оказывают влияние кислотность почвы, содержание и состав в ней гумуса, тяжелых металлов и природных минералов [1, 2, 3]. Удобрения и мелиоранты, попав в почву, растворяются в почвенном растворе и взаимодействуют с гуминовыми кислотами гумуса, образуя питательные вещества растений [7]. Состав и количество гуминовых веществ в гумусе постоянно изменяется в связи с тем, что в нем постоянно протекают одновременно процессы гумификации (гидролиз и окисление - восстановление) и взаимодействия органической части гумуса и растворимых в почвенном растворе минералов с находящимися в нем различного состава примесями, в том числе удобрений, мелиорантов и тяжелых металлов.

В зависимости от выращиваемых культур, вносимые в почвы минеральные удобрения взаимодействуют с растворимыми кислотами гумуса по приведенным ниже реакциям (1-3) [2, 3].

ГК+(NH4)2SO4=ГК-NH4+NH4(НSO4); (1)

ГК+Са(Н2РО4)2=ГК-Са(НРО4)2+Н2О; (2)

ГК+КСl=ГК-К +НСl. (3)

Кальций в виде оксидов сначала взаимодействует в почвенном растворе с серной кислотой с образованием гипса по реакциям (4 и 5), оставшийся непрореагировавший оксид кальция взаимодействует по реакции (6) с образованием питательного вещества:

СаО+Н2SO4=СаSO4+Н2O; (4)

СаSO4+2Н2O=СаSO42Н2O; (5)

ГК+СаО=ГК-Са +Н2О. (6)

Образующиеся по указанным реакциям питательные вещества осваиваются корневой системой растений, а отделенные гумусовые кислоты повторно участвуют в образовании питательных растворов, совершая кругооборот. Но не все азотсодержащие и фосфорные удобрения в почвенном растворе переходят в питательные вещества, что объясняется влиянием на состояние удобрений различной растворимости тяжёлых металлов при изменении кислотности почв, что подтверждается данными приведенными в таблице 2.

Таблица 2 - Влияние кислотности почв на подвижность тяжёлых металлов в почвах

Комплексные соединения металлов непрочны и легко разрушаются в почве под воздействием природных условий и микробиологической деятельности. Стабильность комплексных соединений металлов уменьшается в приведенной последовательности: Hg2+>Cu2+>Ni2+>Pb2+>Co2+>Zn2+>Cd2+Fe2+>Mn2+>Mg2+>Ca2+..

При повышенной кислотности почв тяжелые металлы переходят в растворимое подвижное состояние и взаимодействуют не только с кислотами гумуса, переводя их в гуматы, но и с минеральными удобрениями, по приведенным ниже реакциям (7-9):

МеО+Н2SО4=МеSО4+Н2О; (7)

МеSО4+ГК =ГК-Ме+Н2SО4. (8)

Так, например, тяжелые металлы взаимодействуют с суперфосфатом по приведенной ниже реакции (9), переводя его в нерастворимое состояние, не осваиваемое растениями:

МеО+Са(Н2РО4)2=МеСа(НРО4)2+Н2О. (9)

Количество подвижных (растворимых) тяжелых металлов в нейтральной и щелочной почвах меньше, их число значительно снижается при наличии в почвах алюмосиликатов, обладающих адсорбционным свойством, например в глине, песке и др., или внесением в почвы адсорбентов, как, например, глауконита.

Методы повышения коэффициента использования удобрений растениями. Из приведенного анализа состояния почв видно, что несмотря на их высокую закисленность, в почвы области вносится совершенно недостаточно извести из-за высокой ее цены. В качестве химических мелиорантов возможно применять также мел, доломит, известковые туфы, мергели и т. д. после их обжига. Однако их применять неэкономично - более рационально использовать накопленные в громадных объемах отходы, содержащие оксиды кальция и магния, состав которых приведен в таблице 3 [2, 3, 4].

Таблица 3 - Химический состав отходов, применяемых для изготовления мелиорантов, %

Как указывалось выше, количество и состав гумуса в почвах поддерживается в основном внесением в них органических удобрений (навоза, куриного помета, компостов), а также сидератов, соломы и других органических веществ. Обычно состав навоза на соломенной подстилке содержит, в процентах: воды - 75; органического вещества - 21; азота - 0,5; фосфора - 0,25 и калия - 0,6. Значительно больше питательных веществ в курином помете: азота - 2,0%; оксида фосфора - 1,8% и оксида калия - 0,6%, но в нем больше токсичных веществ и его сложнее подготавливать к применению. Методы их подготовки к применению и внесению в почвы в сельскохозяйственных предприятиях области хорошо отработаны и широко применяются [4].

В курином помете после 20-дневной выдержки на открытой площадке понижается влажность с 61 до16,7%, а содержание азота - до 0,84%. Однако такой куриный помет на птицефабриках области перерабатывается только частично, что приводит к его накоплению и загрязнению окружающей среды. В то же время известны эффективные технологии получения из куриного помета качественных удобрений, методы получения некоторые из них приведены ниже.

Так, например, рекомендуется к применению способ обезвреживания птичьего помета путем добавки к нему отходов пыли Троицкой и Южно-Уральской ГРЭС или шламов, получаемых при обогащении каолина на Кыштымском межотраслевом комплексе «КСАНТА», химический состав которых, близкий к глаукониту, приведен в таблице 4 [4].

Таблица 4 - Химический состав тонкодисперсных отходов и глауконита (для сравнения), %

Таким образом, основными причинами низкого плодородия почв области являются кроме перечисленных выше традиционных мероприятий (внесение в почвы органических и минеральных удобрений и кальция, обработка почвы в соответствии с утвержденными нормативами и др.), тяжелые металлы, которые переводят минеральные удобрения в валовое (нерастворимое) состояние, а гумусовые кислоты - в нерастворимые гуматы.

Подводя итог данного исследования, можно сказать, что на основе полученных при обследовании почв данных разработаны методы улучшения состава почв, особенности которых указаны ниже:

Тяжелые металлы в закисленной почве оказывают значительное влияние на состав гумуса, взаимодействуя с гуминовыми кислотами, переводя их в труднорастворимые гуматы, и на фосфорные удобрения, переводя их также в нерастворимое состояние.

Для снижения кислотности почв в связи с высокой стоимостью извести предложено вместо нее применять кальцийсодержащие пыли.

Для снижения подвижности тяжелых металлов в почвенном растворе предложено вместо глауконита применять алюмосиликатные пыли.

Для предотвращения ухудшения состава гумуса рекомендовано в указанных объемах применять вместе с навозом обработанный куриный помет.

Список использованных источников и литературы

1. Добровольский И.П., Плохих Н.А. Технология переработки отходов: Учеб. пособие, Челябинск: изд-во Челяб. гос. ун-та, 2005, 219 с.

2. Бархатов В.И. Рациональное использование природных ресурсов Челябинской области: монография в двух частях. Том 1. / В.И. Бархатов, Ю.Ш. Капкаев, И.П. Добровольский. Челябинск: изд-во Челяб. гос. ун-та, 2015. 282 с.

3. Бархатов В.И. Рациональное использование природных ресурсов Челябинской области: монография в двух частях. Том 2. / В.И. Бархатов, Ю.Ш. Капкаев, И.П. Добровольский. Челябинск: изд-во Челяб. гос. ун-та, 2015. 265 с.

4. Зыбалов В. С. Пути повышения плодородия почв в Челябинской области / Зыбалов В. С. Добровольский И.П. // Вестник ЧГАА, 2013, № 64. С.102-115.

5. Зыбалов В. С. Добровольский И.П., Рахимов Р.С., Хлизов Н.Т., Капкаев Ю.Ш. Рациональное использование земель сельскохозяйственного назначения Челябинской области: монография / ФГОБУ ВО «Южно-Уральский ГАУ», 2016, 268 с.

6. Dobrovol'skij I.P., Plohih N.A. (2005) Tehnologija pererabotki othodov: Ucheb. posobie, Cheljabinsk: Cheljab. gos. un-ta, 219 p. [in Rus].

7. Barhatov V.I. (2015) Racional'noe ispol'zovanie prirodnyh resursov Cheljabinskoj oblasti: monografija v dvuh chastjah. Tom 1 / V.I. Barhatov, Ju.Sh. Kapkaev, I.P. Dobrovol'skij. Cheljabinsk: Cheljab. gos. un-ta, 282 p. [in Rus].

8. Barhatov V.I. (2015) Racional'noe ispol'zovanie prirodnyh resursov Cheljabinskoj oblasti: monografija v dvuh chastjah. Tom 2 / V.I. Barhatov, Ju.Sh. Kapkaev, I.P. Dobrovol'skij. Cheljabinsk: Cheljab. gos. un-ta, 265 p. [in Rus].

9. Zybalov V.S. (2013) Puti povyshenija plodorodija pochv v Cheljabinskoj oblasti / Zybalov V.S. Dobrovol'skij I.P. // Vestnik ChGAA. № 64. pp.102-115. [in Rus].

10. Zybalov V.S. Dobrovol'skij I.P., Rahimov R.S., Hlizov N.T., Kapkaev Ju.Sh. (2016) Racional'noe ispol'zovanie zemel' sel'skohozjajstvennogo naznachenija Cheljabinskoj oblasti: monografija / FGOBU VO «Juzhno-Ural'skij GAU», 268 p. [in Rus].

Размещено на Allbest.ru