Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Почвенно-агрохимические основы адаптивно-ландшафтной организации систем земледелия ВКЗП. Учебное пособие
.pdf
Введение
тий, отработана безотходная технология, в частности
вместо балласта производится так называемый карбонат кальция химического синтеза, превосходный мелиорант кислых почв. Минеральные удобрения КЧ
ЗМУ отличаются высоким качеством, технологичны, с
прекрасными физико-механическими свойствами и
обеспечивают высокую прибавку урожая всех сельскохозяйственных культур. Вначале на заводе выпускали удобрения, содержащие азот и фосфор. В последние годы освоен выпуск удобрений, в составе которых
имеются все основные элементы питания — азот, фосфор и калий, ведутся работы по выработке удобрений
с добавками необходимых микроэлементов.
Таким образом, земледелие Вятско-Камской провинции при наличии определенных проблем обладает
почвенно-климатическими и материальными ресурсами для устойчивого производства растениеводческой
продукции. Для этого рекомендуется переход к эколого-ландшафтной организации систем земледелия, суть
которой — использование минимально-достаточного
количества антропогенных факторов и полностью продуктивного потенциала природных ресурсов (почвы,
биоклиматических факторов, культуры и сорта и др.),
обеспечение положительного экономического эффекта (рентабельности) отрасли растениеводства и экологической устойчивости агроландшафтов (цель). Эколого-ландшафтная система земледелия основывается на
следующих концептуальных положениях.
1. Сохранение, при первой возможности преумножение тех свойств и составляющих почвенного покрова, которые определяют его плодородие, ибо восстановление утраченного, например, количества гумуса,
обходится обществу дороже, чем его сохранение.
2. Максимальное использование естественного плодородия почв, без нарушения его гомеостаза и экологического равновесия, создание условий для полного
проявления потенциала продуктивности сорта, культуры, удобрений и других составляющих земледелия.
3. Адаптация антропогенной нагрузки (вид, сорт, количество растений на единицу площади посева, удобрений в минимально достаточном количестве, обес-
11
Введение
печение прихода энергии и веществ в период их максимального воздействия на фотосинтез и др.) характеру почвенного покрова на локальном уровне, не
превышающая буферную способность почвы (способность к самовосстановлению, к саморегуляции).
4. Концентрация ограниченных материально-трудовых ресурсов на площадях пашни, где урожай может быть выше компенсационного уровня.
12
Глава l
ЛОКАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПОЧВЕННОКЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
Объектами почвенно-агрохимических наук являются почва, растения и удобрения, процессы и режимы, происходящие в этой системе в ходе синтеза органического вещества.
Изучение генезиса, состава и свойств этих объектов, характера, интенсивности процессов и режимов
представляются фундаментальными, теоретическими
основами этих наук.
Сложная система «почва–растения–удобрения»
формируется и функционирует в определенных, непредсказуемых климатических условиях. Поэтому, при
сохранении общей направленности, интенсивность
процессов и режимов, которые определяют величину
урожая, проявляется локально. В настоящей главе рассматриваются некоторые особенности, пространственная и временная изменчивость основных элементов и
свойств этой системы.
1. 1. Климат
Климат ВКЗП, расположенной в подзонах средней
и южной тайги, хвойно-широколиственных лесов, характеризуется как влажный, теплый, снежный и резко
континентальный. Многие исследователи на основании
анализа годичного цикла климатических параметров
основную часть территории относят к зоне достаточного, а северные районы к зоне избыточного увлажнения [Селянинов,1933; Колосков, 1971]. В отличие от
центральных и западных зон Нечерноземья здесь наблюдается больше засушливых недель и дней [Тимофеев, Бабкин, 1968], сильных и очень сильных засух
13
[Сказкин, 1971], значительно меньше запасов продуктивной влаги в метровом слое почвы. Вероятно, засушливость будет усиливаться в связи с вырубкой лесов, мелиоративным регулированием водного режима, а также с
высокой степенью распаханности территории. На территории России в XVIII веке было 9 острозасушливых
лет, в XIX — уже 26, а в первой половине XX века — 17
[Иващенко,1986].
В общем, метеорологические условия в земледелии
подразумеваются в основном как макросиноптическая
ситуация данного года. При такой постановке вопроса
регион может считаться зоной достаточного увлажнения при средних показателях температурного режима
и солнечной активности. Однако в приложении к отдельному полю обстановка складывается индивидуально и чаще всего не совпадает с общей оценкой. Поэтому обязательно надо знать, изучать микроклимат каждого АЭК. Годовое количество влаги, тепла, света,
особенно в течение вегетационного периода, определяет физическое состояние почвы — плотность, водно-воздушный режим, прочность структурных агрегатов и др. На конкретном поле период спелости почвы
для механической обработки на песках длится не более
одного дня, на связных почвах — до 3-х суток. Период
достаточного увлажнения для появления всходов в слое
почвы, где располагаются семена: на песках 2 суток, на
связных — до 5–6 суток. Запаздывание с посевом на
сутки равно потере 10% урожая в первые 3 суток, 20% в
последующие 3 суток и до 50% в дальнейшем. Увлажненностью определяются количество и состав почвенного
раствора (обеспеченность растений влагой, питательными элементами), и самое главное — продолжительность
биологической активности микрофлоры и микрофауны.
Влияние микроклимата на все стороны роста и
развития растений может проявляться на территории
различной протяженности: в пределах отдельного поля,
части хозяйства, района. Например, территория Фаленской ГСС отличается большей континентальностью
климата, представлена почвами, сформированными на
покровных суглинках, отличающихся низким естественным плодородием. Поэтому сорта, выведенные в
14
Глава I
Локальные особенности почвенно-климатических условий
таких спартанских условиях, чувствуют себя хорошо
повсеместно. Территория опытных полей НИИСХ СВ
(от Чижей до с. Красное) занята более плодородными
почвами на мергелизованных пермских глинах, здесь
климат более мягкий (влияние и города, и реки Вятки).
Сорта, выведенные здесь, более продуктивны, но и
более требовательны к почвенно-климатическим условиям возделывания, к культуре земледелия.
Еще один момент. По климатическим условиям нас
часто сравнивают с Канадой, а ее земледельческие
районы расположены южнее географической широты
по линии Брянск — Саратов. Надо понять, что в силу
природных условий затраты невосполнимых энергоресурсов на производство аграрной продукции у нас
были и будут выше, чем в развитых странах. Так, например, на производство зерна, соответственно на 1 га
и на 1 ц, эти затраты составили (1991 г., кг единиц условного топлива с учетом затрат на выпуск техники,
удобрений и пестицидов): США — 114 и 2,5; Канада —
83 и 3,2; Россия — 274 и 17,0 [Никифоров, 1999].
Ведущими факторами нормального роста и развития любых растений, которые в течение вегетации определяются погодными условиями, являются количество
кислорода, углекислого газа, воды, солнечной энергии,
температуры. Ввиду более интенсивного, глобального
воздействия человека на биосферу, к сожалению, возрастает непредсказуемый вектор их пространственных
и временных параметрических характеристик.
Углекислый газ
наблюдается прежде всего в переуплотненных, переувлажненных почвах. Концентрация углекислого газа
в воздухе около 0,03 по объему. При снижении его содержания в атмосферном воздухе до 0,01% фотосинтез
приостанавливается, при этом однолетние и культурные растения более чувствительны, чем многолетние
и растения естественных ценозов [Захаренко, 1995].
Наблюдается глобальное повышение концентрации
СО
в атмосферном воздухе: в 1960 году было 316 ррм
2
(0,0316% объем), в 1987 году — 345 ррм и выше [Угле-
Углерод, как и кислород, непосредственно участвует в синтезе органического вещества. Его недостаток
15
кислый газ …, 1989]. Цикл пребывания молекулы СО2 в
воздухе составляет 4–5 лет, его обновление происходит, в основном за счет выделения из Мирового океана,
где его содержание в слое 0–100 м составляет 0,15%, в
слоях ниже 100 м — 0,22%.
Концентрация СО
в почвенном воздухе 0,2–0,5%,
2
ее возрастание до 5% не угнетает микробиологическую
активность, и только при >10% отмечается ее резкий
спад. Баланс углекислого газа в почвах отрицательный:
выделяется в почву до 15, поглощается из почвенного
воздуха более 250 кг/га в сутки. Отмечается, что сейчас
содержание СО
флуктуирует в пределах 350–400 ррм,
2
прогнозируется к 2050 году до 700, при котором отрицательные последствия недостатка или избытка азота
выражаются четче (табл. 1.1.).
Таблица 1.1. Зависимость эффективности азота удобрения
от концентрации CO
, ððì
ÑÎ
2
350 150 0,73 0,53 39,04
350 600 1,03 0,60 40,82
700 150 0,82 0,63 41,00
700 600 1,48 0,67 41,04
Äîçà N,
ìã/êã
в почве [Пухальская, Боковая, 1996]
2
с 1 растения в т.ч. с главного колоса 1000 шт.
Масса зер на, г Концентрация
Как видно из приведенных данных, при повыше-
нии концентрации СО
и дозы азота возрастает про-
2
дуктивность ячменя, более полно используется потенциал главного колоса.
Хотя его потребление биологически-
Кислород
ми объектами значительное (суточ-
ное потребление взрослого человека — 360 литров, для сравнения: взрослое дерево выделяет 180 литров кислорода в сутки), техногенное еще
больше (грузовой автомобиль за 1000 км сжигает годовую потребность кислорода взрослого человека), в
ближайшее время кислород также не может рассматриваться как лимитирующий рост растений фактор.
Обеспеченность этим элементом, как правило, связана с почвенными условиями, ощущается недостаток
кислорода в уплотненных и (или) переувлажненных
почвах. Аэрация почвы путем ее оструктуривания и
16
механической обработки необходима как для обеспе-
Глава I
Локальные особенности почвенно-климатических условий
чения притока свежих порций О2, так и для удаления
избытка СО
.
2
Семена, корневища сорных растений
Температура
трогаются в рост при 0°С, культурных
растений — при 3–5°С, а развитие
полезной микрофлоры наблюдается при температурах
о
выше 10
С. Как известно, благоприятный интервал температуры для нормального развития культурных растений нашего земледелия находится в интервале 10–
45°С — биосинтез начинается при 5°С, но при 50°С происходит запал растений. При температуре почвы 5°С
поглощение азота и фосфора растениями происходит в 3
раза слабее, чем при оптимальной (около 20°С). Потепление климата, по-видимому, объективный фактор. Указывается, что за период 1880–1990 год оно составило 0,8°С,
к 2025 году прогнозируется потепление еще на 1°С, а далее
через каждые 25 лет на эту же величину [Углекислый газ
…1989]. Считается, что это на 50% связано с обогащением
атмосферы СО
, на 18% с накоплением СН4, на 14% с
2
фреонами и на 18% с другими газами, в том числе с оксидом азота [Revelle R., Tunk W., 1977]. Хотя температурные
условия — функция климата, почва пассивно (темная окраска, южный склон) и активно (разложение гумуса, наподобие тому как «горит» навоз) участвует в ее регуляции.
Установлена существенная корреляционная связь, особенно за период сев–колошение, между суммой положительных температур выше 5°С и урожаям яровых и озимых
зерновых культур (табл. 1.2 и 1.3).
Таблица 1.2. Урожайность овса и ячменя
в зависимости от осадков и суммы t > 5°С
(период наблюдений 1975–1982 годы, n–12)
r Показатели Ì L s V
Контроль 15,8 7,7…21.7 6,6 41 - -
NPK 32,2 15,0…51,1 11,2 35 - -
А. Кущение 56 19…122 30 74 0.65 0.68
Б. Колошение 115 39…260 64 56 0.70 0.68
В. Созревание 244 111…402 93 93 0.84 0.74
À. 212 81…354 70 33 0.74 0.77
Á. 494 360…626 76 15
B. 1078 897…1314 89 8 0.76 0.75
Коэффициент достоверности при t05 – 2,04….. 6,63 ö/ãà
Осадки (мм) за период от посева до фазы :
Сумма t > 5
Урожай, ц/ãà
0
C çà ïåðè îä îò ïîñå âà äî ôàç û:
Î NPK
0.90 0.83
17
Глава I
Таблица 1.3. Зависимость урожайности озимой ржи
от количества осадков и суммы положительных
температур выше 5°С (период наблюдений 1974–1994
годы, n — 18)
Показатели
Контроль 20,3 12,9…28.7 6,0 29 - NPK 33,8 21,4…45,7 6,0 18 - -
А. Сев – переход t0 ниже 50 С 63,2 31-112 34 54
Б. Переход t0 выше 50 С - колошение 74,0 25-177 45 60
В. Переход t0 выше 50 С - созревание 274,0 157-383 69 25
À. 253 132-405 94 37
Á. 304 191-367 75 25
B. 1119 946-1358 190 17
Коэффициент достоверности при t05 – 2,23….. 6,04 ö/ãà
Ì L s
Урожай, ц/ãà
Осадки (мм) за период
Сумма t > 5
0
C за период
V
Примечание. М — среднеарифметические значения, L —
лимиты колебаний, s — среднеквадратическое отклонение, V —
коэффициент вариации, %.
r
Î NPK
0,46
0,83
0,62
0,65
0,55
0,92
0,74
0,81
0,48
0,84
0,59
0,86
Представленные данные подтверждают наличие
протекторных способностей удобрений по отношению к
погодным условиям — зависимость урожая от суммы положительных температур на варианте без удобрений
была выше, особенно у озимой ржи, чем на варианте с
NPK.
Максимальные значения колебаний температуры
воздуха характерны для весеннего и осеннего периодов прохождения нулевого уровня: ее вариабельность
в марте достигает 135%, в апреле 80, в октябре 114, а
в остальные месяцы года эти колебания укладываются
в интервалы 32–41 зимой и 11–22 процента с мая по
сентябрь [Юлушев, 1994].
Считается, что при показателях ресурсов тепла,
указанных ниже, возможно созревание или достижение хозяйственно ценных фаз развития следующих
культур [Шашко, 1962].
Сумма to > 10 o C Культуры
800 Турнепс, ранняя капуста, картофель (р)
1000 Ячмень (р), рожь
1200 Горох (р), лен на волокно (р)
1400 Овес (р), ячмень (с)
1600 Ячмень, пшеница, кукуруза на силос,
1800 Яровая пшеница
18
Примечание. р — ранние сорта, с — среднеспелые сорта.
Локальные особенности почвенно-климатических условий
Вода
необходима для жизни: ты — сама жизнь».
В гумидной зоне из-за отсутствия научно обоснованных адаптивно-ландшафтных систем организации
земледелия с проектами лесоустройства, лесозащитных, водоохранных мероприятий наблюдается аридизация суши в глобальном и на локальном уровнях [Ковда, 1967]. Увалистый рельеф, разный уровень грунтовых вод, различная водопропускающая способность
почв (песок, глина) создают в Вятско-Камской провинции условия как для проявления засушливости, так и
проявления избыточной увлажненности. Применительно к отдельному полю важно количество и распределение осадков в наиболее ответственные фазы роста и
развития растений (с учетом поверхностного и внутрипочвенного стока, уровня грунтовых вод). Подекадное варьирование количества выпавших осадков в
период вегетации растений достигает 53–101% при
среднемесячных от 37 до 70%. Еще меньше эта вариабельность при рассмотрении годового количества осадков — в пределах 15%. Таким образом, максимальные
колебания температуры воздуха по годам характерны
для весеннего и осеннего сезонов, а прихода атмосферных осадков — за вегетационный период. Установлена корреляционно значимая связь между количеством осадков за вегетационный период и урожайностью зерновых (табл. 1.2 и 1.3). Из приведенных данных
видно, что коэффициент вариации урожайности за
период наблюдений выше при возделывании культур
без удобрений, зависимость урожая от суммы осадков и
положительных температур также значительна на фоне
без удобрений. На удобренном фоне эта зависимость
просматривается в ранние фазы развития растений.
Есть указания о связи величины урожая картофеля, корнеплодов, кукурузы с количеством осадков в
июле-августе.
Различают физиологическую и физическую сухость
почвы. Физиологическая сухость наступает при пре-
«Вода — тебя невозможно описать,
тобой наслаждаться, не ведая, что
ты такое. Нельзя сказать, что ты
Антуан де СентЭкзюпери
19
Глава I
вышении осмотического давления почвенного раствора над сосущей силой корневой системы (8 атмосфер).
При этом резко ослабляется поступление воды в растения, но продолжается поглощение элементов питания против градиента концентрации. При физической
сухости (влажность почвы ниже влажности устойчивого завядания) прекращаются все процессы поглощения и, в первую очередь, это отражается на функциональном состоянии корневой системы.
Для ВКЗП большое значение имеет промывной
режим влажности, когда нисходящий ток воды в насыщенной влагой почве смыкается с грунтовыми водами.
Такой режим создается осенью, иногда весной, а на
переувлажненных почвах и в летний период. С нисходящим током воды из корнеобитаемого слоя почвенного профиля выносятся растворимые соединения элементов питания, лабильные гумусовые вещества, илистая фракция. В лизиметрических опытах [Юлушев,
1989] фильтрация влаги через 0–60 см толщу почвы
происходила, в основном, весной и осенью, т. е. при
отсутствии растительного покрова, особенно при поддержании почвы по типу чистого пара (табл.1.4.).
Таблица 1.4. Количество лизиметрических вод
(усредненные данные за 1979 –1984 годы) в зависимости
от наличия растительного покрова, удобрений
и извести, л/сосуд в год
сбора вод
Весна 8,4 7,5 5,8 6,0
Ëåòî 2,9 1,0 0,8 0,6
Осенне-зимний 3,4 2,7 1,3 1,4
Сумма 14,7 11,2 7,9 8,0
То же, % к осадкам 74 52 36 36
Без растений Áåç NÐÊ è Ñà NÐÊ NÐÊ + Ñà
Варианты Периоды
Таким образом, хорошо развитый травостой не
только ослабляет поверхностный сток влаги, но и резко снижает интенсивность ее нисходящего тока.
В целом, влагообеспеченность в зоне является одним из факторов, определяющих продуктивность сельскохозяйственных культур. Доступная растениям влага (продуктивная) сосредоточена в слое 0–60 см [Тюлин, Кузнецов, 1974], а колебания влажности ниже
20
этого слоя незначительны, не связаны с транспираци-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]