CC BY
33
MATHEMATICAL MODELING OF THE DYNAMICS OF HUMUS SUPPLIES IN CHERNOZEM:
PREDICTION AND CONCLUSIONS Yu.P. Sukhanovski, N.P. Masyutenko, S.I. Sanzharova, A.V. Prushchik
Summary. Applying the model of the dynamics of humus supplies in the typical chernozem of Central Chernozem Zone of Russia developed by the authors a long-term prediction of humus supplies in the soil for different variants of plowiand use in made. The prediction has resulted in the basic conclusion: 1) at present land use the tendency to decrease of humus supplies will keep on; 2) erosion processes present the greatest danger; 3) a federal law of soil conservation and a number of normative acts providing legal protection of soil resources are necessary.
Keywords: humus supplies, chernozem, plowiand, prediction, essential measures.
ЛЕТНИЙ ПОСЕВ
Я. И. БУЯНКИН, доктор сельскохозяйственных наук, директор
АГ. КРАСНОПЁРОВ, доктор сельскохозяйственных наук, зам. директора
Калининградский НИИСХ E-mail: akras 01@rambler.ru
Резюме. В статье представлен новый подход к решению проблемы сохранения и приумножения плодородия ПОЧВ. Его реализация возможна благодаря тому, что растения в необычных для них условиях, которые складываются при летнем посеве однолетних культур, приобретают ранее не известные полезные качества. Это имеет большую практическую экономическую и экологическую целесообразность для производства.
Ключевые слова: летний посев, плодородие, фотопери-одическая реакция растений, экологический принцип
Разработанные наукой и применяемые практикой в конце XX столетия почвозащитные, интенсивные, влага- и ресурсосберегающие технологии в земледелии позволили значительно защитить почву от эрозии и повысить продуктивность палей. При этом проблема деградации почвы не только осталась не решенной, но и еще больше обострилась.
Интенсификация земледелия и деградация почвы — это две стороны одной «медали». Чем больше человек увеличивает урожайность, тем интенсивнее он воздействует на почву, сокращая содержание органическою вещества, и вследствие этого ухудшает её агрофизические свойства и биологическую активность.
Почва — продукт жизнедеятельности живых организмов и зеленых растений, накапливающийся в благоприятных условиях окружающей среды. В нетронутой человеком экосистеме этот продукт постоянно нарастает, а под антропогенным влиянием — разрушаться, приобретая новые свойства и состав, в зависимости от природной зоны и характера воздействия. При этом существенно меняется интенсивность и направленность почвообразовательных процессов.
Потери гумуса в пахотных почвах могут быть биологическими (дефицит послеуборочных остатков) и физи-
УДК 631.452:581.1.035.2
ческими — в связи с проявлением водной и ветровой эрозии. Согласно результатам многочисленных исследований биологические потери гумуса от распашки целины и последующего использования почвы составляют 15... 25 %. От водной и ветровой эрозии теряется до 35...40 % органического вещества. При этом важное условие продуктивности пашни — снижение содержания не столько собственно базовой части гумуса, сколько мобильной части свежего органического вещества. И основная опасность кроется не в уменьшении количества общего гумуса (за исключением потерь от эрозии), а в том, что при недостаточном поступлении в почву его первоисточников (послеуборочных остатков, органических удобрений) снижается содержание наиболее мобильной части органического вещества, от которой зависит жизнь почвы, её важнейшие агрономические свойства и эффективное плодородие. Во избежание этого надо и в теории, и на практике увязать увеличение урожайности, с ростом поступления органического вещества в почву.
Проблему деградации почв и повышения продуктивности полей в XXI веке невозможно решить при реализации современных агротехнологий. Нужен прорыв — новый подход к этой проблеме. В первую очередь, необходимы такие системы земледелия, при построении которых учитывается не только энергетическая и экономическая целесообразность, но и приоритет экологического принципа над агротехническим. Для этого агротехнологии возделывания сельскохозяйственных культур следует усовершенствовать в плане сохранения и приумножения плодородия почв. Таким образом. землепользователь при возделывании сельскохозяйственных культур должен осуществлять свою деятельность в соответствии с общеизвестным законом возврата — частньгм случаем проявления всеобщего закона сохранения вещества и энергии.
Узловой вопрос будущего земледелия — ключевой биологический компонент биосферы—зеленое растение. Эго единственный природный генератор органического вещества, одна часть которого вдет на питание человечества, а другая — на воспроизводство плодородия почвы Его эффективность связана с почвой и солнечной энергией. От того, как человек освоит процесс фотосинтеза и будет пользоваться им зависит благополучие общества.
Создание органического вещества растением с участием углекислого газа, воды, солнечной энергии и выделение при этом кислорода — один из самых захватывающих процессов, в кагором реализуется взаимосвязь живой и неживой природы. Однако его особенности в зависимости от условий среды изучены еще недостаточно. Поэтому на исследовании фотосинтеза необходимо сосредоточить весь современный арсенал агрономических знаний. За основу такой работы нужно взять природные приемы созд ания благоприятных комбинаций среды для воздействия на фотосинтез, что даст возможность повысить не только почвенное плодородие, но и продуктивность посевов без использования технологий, увеличивающих отрицательную антропогенную нагрузку на почву и окружающую среду
Ось вращения Земли расположена под углом 66.5° к плоскости её движения вокруг Солнца. Это обеспечивает смену сезонов в обоих полушариях планеты в течение года. В свою очередь, смена сезонов вызывает постоянные изменения внешней среды на Земле, в которой и происходила эволюция всего живого, в том числе и растений.
Таким образом, жизнь растений протекает в полной взаимосвязи с окружающей средой, которая в течение вегетационного периода постоянно меняется, воздействуя при этом на жизненные процессы растения. В свою очередь, растения стремятся приспособиться к окружающей среде, усваивают все нужное для своего развития и наследуют все полезное с одной целью — в будущем может пригодиться. В результате в процессе эволюции у них выработался своеобразный «часовой механизм», синхронизирующий ритм онтогенеза с сезонным ритмом. Эти «часы» носят название фотопериодической реакции растений (У 1арнер и А. Аллард, 1920).
На экваторе Солнце быстро всходит и заходит (утренняя заря и вечерние сумерки там практически отсутствуют). На северном полюсе летом оно не всходит и не захсдит. В средних широтах Солнце рано всходит, поздно заходит и движется по небосводу вблизи горизонта по траектории направленной под углом, который тем меньше, чем дальше на север находится место наблюдения (рис. 1).
Рис. 1. Летнее перемещение Солнца по небосводу по отношению к горизонту на разных широтах: — восход;
......... — заход.
Эго сказывается на условиях освещения в различных
географических поясах. Так, если Солнце на экваторе
находится в зените, то спектр падающих лучей искажает-
ся незначительно. По мере удаления к верхним и нижним широтам атмосфера начинает работать как призма, в результате видимый солнечный спектр преломляется, что и отличает его от экваториального.
Различные углы нахождения Солнца в верхней кульминации по отношению к горизонту на экваторе и полюсах сформировали на Земле разные по продолжительности вегетационные периоды с различной длительностью дня и ночи. Если на экваторе растения вегетируют круглый год, а длительность дня и ночи в течение года не меняется и равна примерно 12 часам, то в верхних и нижних широтах вегетационный период по мере удаления от экватора уменьшается. При этом продолжительность дня увеличивается, а ночи — сокращается. В самых верхних широтах день летом длится 24 часов (рис. 2).
Рис. 2. Влияние высоты Солнца на продолжительность светового дня и характер вегетационного периода растений: тропически! — высота Солнца; 1>с уе* — продолжительность светового дня.
В таких условиях благодаря приспособительному характеру фотопериодической реакции сформировались различные группы растений, среди которых физиологи выделяют семь — с нейтральной периодичностью, длиннодневные, короткодневньге, длиннокороткодневные, короткодлиннодневньге, среднедневные и амфифогопе-риодичньге. Синхронизация с вегетационным периодом у них закреплена генетически. Это значит, что весенний посев однолетних культур, возделываемых в умеренных поясах обоих полушарий обеспечивает д ля них естественную среду, а летний — неестественную. Если при весеннем севе рост и развитие проход ят нормально и заканчиваются созреванием семян, то при летнем—растение вынуждено гтриспособливается к неестественной для себя внешней среде. Взаимосвязь растительного организма с такими необычными для него изменяющимися факторами внешней среды наукой изучена еще недостаточно. Поэтому иногда приходится наблюдать проявление ранее не известных полезных качеств у растений, которые представляют практическую экономическую и экологическую целесообразность для производства.
При летнем посеве однолетних культур созревание семян не происход ит, старение растительного организма замедляется и вегетация продолжается до наступления устойчивых холодов. При этом растение превращается в «фабрику» по производству органических веществ, поскольку реализуется стратегия не генеративного развития,
а (в силу необычных, но благоприятных для роста условий) неограниченного синтеза органического вещества, что полностью подтверждается нашими многолетними исследованиями.
На протяжении более 30 лет мы изучали влияние сроков сева однолетних культур на их вегетативную продуктивность в нескольких регионах (с 1974 по 1992 гг. в Северном Казахстане, с 1993 по 2007 г. на Западе России). На основании полученных результатов установлено, что при летнем посеве однолетние культуры формируют значительно больший урожай зеленой массы, чем весенние. Так, в среднем за годы исследований величины этих показателей составляли по годам соответственно 11...50 и 5... 15 т/га (при среднемноголетней сумме осадков за год от 280 до 700 мм). Аналогичные сведения получены в исследованиях других ученых вусловиях Европейской части России и Сибири [ 1 ...4].
Несмотря на это, летним посевам однолетних культур до сих пор не отведено достойное место в производстве. Зачастую их используют как «страховые» при массовой гибели или неудовлетворительном развитии весенних посевов. В лучшем случае им отводят второстепенное значение и рекомендуют использовать как поукос-ные, пожнивные, почвопокровные и др.
Основная причина недостаточного внимания к летним посевам однолетних культур сегодня, на наш взгляд, связана с тем, что за основу их возделывания берется агротехнический фактор или отсутствие достаточного количества осадков в весенне-летний период и прогноз на их выпадение во второй половине лета — начале осени. Это не совсем правильно, так как принижает роль и значение летнего посева однолетних культур для земледелия и растениеводства, а отсюда происходит его недооценка производством. Летний посев однолетних культур должен базироваться на экологическом принципе. В этом случае повышение продуктивности полей и сохранение плодородия почв будет достигаться не с помощью удобрений, пестицидов и других приемов, отрицательно воздействующих на почву и окружающую среду, а за счет использования экологически безопасных естественных факторов и их взаимодействия, что подтверждают результаты наших исследований.
Мы обнаружили, что семена одной и той же однолетней культуры, одного сорта, взятые из одной и той же партии, но посеянные в разные сроки {весной и летом), на одной и той же почве, одного и того же паля, в тех же климатических условиях дают настолько различающиеся по морфологическим признакам, биологическим особенностям и качеству зеленого корма растения, что невольно возникает сомнение в их родстве. Например, при весеннем посеве однолетнего люпина габитус растения получается компактным, стебли и листья расположены близко плодоношение наступает в нормальные сроки и протекает до созревания без отклонений. При летнем посеве люпина растение получается с вытянутыми как центральными, так и боковыми стеблями, которые направлены в разные стороны (рис. 3). При этом побеги сильно облиственны, а попыток начать плодоношение
Рис. 3. Влияние срока посева однолетнего люпина на его развитие: слева люпин летнего сева, справа — весеннего.
отмечается несколько, но ни одна не заканчивается созреванием семян.
Вегетативные органы однолетних растений летнего сева, как правило, более развиты и по морфологическим признакам существенно отличаются от тех, которые посеяли весной. Например, у овса толщина стебля летнего посева больше, чем у растений весеннего сева, в 1,5-2,0 раза, а длина и ширина листьев — в 2,0-2,5 раза (рис. 4). Кроме того, если общая кустистость у овса посеянного весной составляет 1,2... 1,5 (реже 2,0), то у растений летнего сева — 10... 15 и более (рис. 5).
Число листьев у растений летнего сева резко возрастает, в результате чего формируется мощная ассимилирующая поверхность. Так, ее площадь ко времени уборки у
а б
Рис. 4. Влияние срока сева овса: а — на величину флагового листа; б — на высоту и толщину стебля (слева — летний посев, справа — весенний).
Рис. 5. Влияние летнего срока сева на продуктивную кустистость овса (37 стеблей на одном растении).
яровою рапса посеянного весной достигает 49,4 тыс. м2/га, а летом — 77,2.. .81,2 тыс.м2/га. Для летних посевов однолетних культур характерна мощно развитая корневая система, которая в слое почвы 0.. .20 см в 3-4 раза выше, чем у растений весеннего сета Кроме того, при летнем посеве повышается морозостойкость однолетних культур. Например, овес выдерживает кратковременные ночные заморозки до минус 12 °С, а люпин — до минус 5°С (рис. 6). Особенно следугт отметить, что в избыточно увлажненные годы у овса летнего сева выявилось необычное биологическое свойство — образовывать воздушные корни из нижних междоузлий стебля (рис. 7). По питательности зеленый корм из растений летнего сева значительно богаче (см. табл.).
Результаты наших исследований и работ физиологов последних 15-20 лет позволили предположить, что такое необычное развитие однолетних культур связано с приспособительным характером фагопериодической реак-
Рнс. 6. Необычная холодостойкость люпина узколистного летнего сева.
Таблица. Качественные показатели зеленой массы овса при различных сроках сева (Кокчетавский НИ-ИСХ 1986-1990 гг.)
Показатель (в перево- Посев
де на абсолютное су- весенний летний
хое вещество) (1-10 июня) (1-10 июля)
Протеин сырой, г/кг 109,7 138,1
Протеин переваримый, г/кг 61,5 96,8
Каротин, мг/кг 47,7 65,2
Кальций, г/кг 11,6 14,0
Фосфор, мг/кг 0,91 1,30
Сырая клетчатка, % 40,2 25,8
Сахар, г/кг 4,2 61,0
ции растений на несвойственное для них изменение внешних факторов окружающей среды.
При летнем посеве однолетних культур спектр солнечного света и продолжительность дня и ночи, как определяющие главные экологические факторы, в комплексе с другими условиями среды не соответствуют фазам роста и развития растения. Это приводит к нарушению выработанного в процессе эволюции своеобразного часового механизма, с помощью которого онтогенез растений синхронизируется сезонным ритмом. Однако благодаря приспособительному ха-
Рис. 7. Развитие воздушных корней из нижних междоузлий летнего посева овса.
рактеру фото пери одической реакции растений однолетние культуры, высеянные летом, не только адаптируются к спектру солнечного света и длине дня и ночи, но и успешно осваивают другие внешние факторы этого периода, которые положительно влияют на их продуктивность. Ответ растения на нарушение эволюционного часового механизма — изменение морфологических признаков и биологического состава вегетативных органов однолетних культур, высеянных летом. То есть на изменение внешней среды от естественной растение адекватно отвечает своим необычным ритмом онтогенеза, который представляет интерес для производства.
Практическая ценность этих исследований заключается в следующем. Во-первых, можно высказать предположение, что в результате формирования благоприятных условий для вегетативного роста растений во вторую половину лета и начале осени, по крайней мере, в высоких широтах к концу вегетации накапли-
вается максимум биомассы, которая после отмирания поступает в почву и способствует увеличению органического вещества в ней. В случае же выращивания однолетних культур (озимые, яровые), которые заканчивают свое развитие до начала максимальной вегетативной продуктивности растений, поступление органического вещества в почву резко снижается, и она деградирует, то есть нарушается закон возврата. Поэтому летний посев однолетних культур — эффективный агроприем в борьбе с деградацией почв и его следует практиковать в каждом полевом севообороте. Увеличение органического вещества в почве носит стратегический характер, так как в этом случае достигается долгосрочно связывание углерода, которого сегодня в атмосфере в избытке.
При летнем посеве однолетнего люпина на сидерат без применения удобрений в благоприятных по увлажнению условиях северо-запада России к осени формируется 50т/га зеленой массы, а вместе с корневыми остатками — до 60 т/га.
Использование летних посевов овса и рапса дает возможность получать зеленый корм в позднеосенний период во всех регионах РФ, а в Сибири и сходных по климатическим условиям регионах — создавать зимние пастбища для овец и лошадей оставляя зеленые растения под снегом (рис. 8).
Рнс. 8. Создание зимних пастбищ из летних посевов однолетних культур для овей и лошадей (Западная Сибирь).
В засушливых регионах летний посев однолетних культур позволит защитить почву от эрозии и повысить запасы влаги (рис. 9). В зонах с избыточным увлажнением в осенний период летний посев люпина обеспечит нормальное накопление влаги в почвг, получение сырья для биотоплива, а также улучшение биологической активности почвы.
Почему для таких целей подходят именно однолетние культуры? Дело в том, что это весьма производительные организмы в плане синтеза органических веществ, так как они эволюционно лучше приспособлены к немедленному использованию благоприятных, зачастую кратковременных ситуаций. Кроме того, у яровых однолетних растений отсутствует сезонная ми фация продуктов ассимиляции из надземной части в корни и обратно, поэтому все продукты фотосинтеза произведенные за вегетационный период сосредотачиваются в надземной части.
Рис. 9. Выращивание однолетних культур с целью зашиты почвы от эрозии и повышение влагонакопления.
Почти во всех регионах нашей страны осенью условия для вегетации однолетних культур, высеваемых летом, благоприятны (вероятность проявления засухи в сентябре — минимальная, влажность воздуха выше, температура намного ниже, световой день короче и др.).
В наших полевых опытах, проводимых в условиях Северного Казахстана установлено, что один из эффективных приемов борьбы с засухой (в июле, августе) при летнем посеве овса — снижение нормы высева семян до 30...35 кг/га. Так, урожайность зеленой массы овса, посеянного 10 июля с нормой 100 кг/га составила 8,9 т/га, 45 кг/га —11,6 т/га, а 30 кг/га — 13,8 т/га (рис. 10).
Шші НОРМ РЫСЕВА НА РОСТ
'Г' ть 30 юга 45 с» ОДЙА
• .>,£■•;то РАСТЕНИЙ В СН0ГС
Рис. 10. Влияние норм высева на рост и развитие овса летнего сева.
Таким образом, учитывая широкий спектр возможного применения летних посевов однолетних культур в земледелии, растениеводстве и кормопроизводстве, их возделывание должно быть предметом самостоятельного раздела агрономической науки с научным обоснованием и разработкой агротехнологий в зависимости от задач и целей производства. За летними посевами однолетних культур большое будущее.
Литература.
1. Меиснер А.Ф. Летние посевы однолетних культур// Труды Тульской ГСХС, Тула, 197I.-T.1
2. Мшащенко Н.З. Рапс в Омской области, Омск: Омское кн. изд-во, 1983
3. Неклюдов А.Ф. Научные основы полевых севооборотов на черноземах Западной Сибири // Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора с.-х. наук, Омск, 1990
4. Сдобников С.С. Вопросы земледелия в целинном крае. М. Колос, 1964.
SUMMER SOWING
N.i. Buyankin, A.G. Krasnoperov
Summary. The new approach to the solution of problem of preservation and increase of the soil fertility is represented in the article. Its implementation is possible because of the fact that plants under unusual conditions, which form in summer sowing of annual crops, acquire previously unknown useful features. It has large practical economic and ecological reasonability for production. Key words: summer sowing, fertility, plant photoperiodic reaction, ecological principle.
УДК 6211 (571.56)
МИГРАЦИЯ УРАНА НА ТЕХНОГЕННО ЗАГРЯЗНЕННОЙ ТЕРРИТОРИИ ОЛЕКМИНСКОГО РАЙОНА РЕСПУБЛИКИ САХА (ЯКУТИЯ)
АГ. ПАВЛОВ, кандидат биологических наук, директор Олекминского филиала Якутская ГСХА E-mail: nir06@mail.ru
Резюме: Исследовано содержание изотопов урана-238 и -234 в грунтах и лишайниках Торгойской группы урановых месторождений Олекминского района Республики Саха (Якутия). Установлены закономерности ми фации, накопления и распределения радионуклидов в этой местности. Ключевые слова: уран, миграция, накопление, лишайники, штольня, канавы, отвалы, фон.
На территории Олекминского района Республики Саха (Якутия) находится крупнейшее в России урановое месторождение. Вмещающие породы представлены эгириновыми нефелиновыми сиенитами, подверженными окварцеванию, грейзенезации, карбонатизации и сулъфвдинизации. Рудные минералы представлены про-жилково-вкрапленными выделениями настурана, уранинита, браннерита, торита, вторичных минералов урана в ассоциации с сульфидами и флюоритом. Руды содержат талий и окись ванадия.
После геологоразведочных работ, проведенных около 40 лет назад, повсеместно оставлены открытые шурфы, отвалы и канавы с радиоактивной минерализацией, что служит грубейшим нарушением санитарных норм и правил техники безопасности при геологоразведочных работах. Контроль за радиационной обстановкой не проводили. В 2000-2003 гг. сотрудники специализированного проектного института Минатома Российской Федерации изучили возможности реабилитации территорий отвалов Торгойской группы урановых месторождений в Олекминском улусе РС(Я) [2] и предложили комплекс необходимых мероприятий. По заключению экспертной комиссии эгги материалы могут стать основой для организации мониторинга за состоянием окружающей сре-
ды в Олекминском районе РС (Я). Однако необходимы дальнейшие исследования по изучению участков вторичного радиоактивного загрязнения почвы, донных отложений и растительности, определению способности радиоактивных минералов в отвалах образовывать растворимые соединения, характеристике радиоактивности надмерзлотных вод и др. [3].
Целью наших исследований было изучение механизмов миграции изотопов урана и их воздействия на компоненты окружающей среды, оценка и прогнозирование потенциальной опасности радионуклидов в современных условиях и при интенсивной добыче полезных ископаемых (в том числе урана) в этом перспективном районе.
Условия, матери алый методы. Отбор проб грунта и лишайников на Среднинском месторождении (Му-рун) РС (Я) проводили в августе 2005 г. и июле 2006 г непосредственно на отвалах, шурфах и канавах в зависимости от уровня у-фона и на прилегающих территориях (на расстоянии 100,300 и 500 м, а также на сопряженных по стоку участках ландшафта). Образцы почвы отбирали послойно в соответствии с их генетическими горизонтами по общепринятой методике, лишайники — с учетом рельефа местности и типа почвы (затем их высушивали при комнатной температуре). Все пробы отбирали на участках, не стравленных животными, на расстоянии не менее 200 м от дорог.
Анализ осуществляли в лаборатории кафедры радиобиологии, рентгенологии и гражданской обороны МГАВМиБ им. К.И. Скрябина, имеющей соответствующую лицензию. Содержание естественных радионуклидов в пробах грунта, растений и воды определяли с помощью методики, которая предусматривает предварительную радиохимическую подготовку проб (кислотную минерализацию вещества, экстракционное отделение от мешающих радионуклидов, приготовление тонкослойного препарата электролитическим осаждением на подложку из нержавеющей стали). При этом все изотопы урана вы-
