CC BY
7
= ОТРАСЛЕВЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ ЗАСУШЛИВЫХ ЗЕМЕЛЬ =====
УДК 632.125: 631.51
ОСОБЕННОСТИ ПРОЯВЛЕНИЯ ДЕГРАДАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В АГРОЛАНДШАФТАХ СУХОСТЕПНОЙ ЗОНЫ ВОЛГОГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ
© 2023 г. А.М. Беляков, А.В. Кошелев
Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения Российской академии наук Россия, 400062, г. Волгоград, Университетский пр-т, д. 97. E-mail:alexkosh@mail.ru
Поступила в редакцию 20.10.2022. После доработки 23.11.2022. Принята к публикации 11.12.2022.
Интенсификация земледелия в зонах недостаточного увлажнения без должного научного обеспечения вызывает деградационные процессы в почве, что приводит к снижению продуктивности пашни. Исследование агротехнологических особенностей возделывания сельскохозяйственных культур и выявление причин проявления процессов деградации почв сухостепной зоны Волгоградской области с целью разработки мер их предотвращения и восстановления нарушенных агроландшафтов является актуальным. Рассмотрены природные и антропогенные факторы, оказывающие воздействие на развитие деградационных процессов в агроландшафтах. К природным факторам нами отнесены атмосферные осадки, засухи, суховеи, которые при определенных условиях провоцируют развитие дефляции и эрозии. Климатический фактор остается ведущей причиной деградационных процессов в агроландшафтах. Проведена группировка условий увлажнения по годовой сумме осадков за 64 года, из которых к острозасушливым годам отнесены 13 лет, засушливым - 14 лет, средним - 26 лет и 11 лет приходилось на влажные годы. Из антропогенных факторов существенное влияние на деградацию почв и агроландшафтов оказывают агротехнологические приемы возделывания культур и технологии в целом. В условиях каштановых почв по биоэнергетической эффективности преимущество имела технология no-till с коэффициентами по яровой пшенице -3.36 и ячменю - 4.65. Безотвальная обработка почвы имела преимущество среди основных обработок, коэффициент биоэнергетической эффективности для яровой пшеницы составил 1.81 и для ячменя - 3.41. На отвальном и поверхностном фоне коэффициент для яровой пшеницы на 35% и ячменя на 17% был ниже, чем на безотвальной. Комплексная оценка влияния антропогенного фактора на деградацию почв и агроландшафтов сухостепной зоны каштановых почв показала, что эрозионные и дефляционные процессы значительно выше при отвальной обработке и классической технологии, чем при комбинированной технологии и прямом посеве, и устойчивость агроландшафта возрастает от неустойчивого уровня до устойчивого. Ключевые слова: сухостепная зона, агроландшафты, климат, почвы, эрозия, дефляция, агротехнологии, деградация почв, продуктивность культур. DOI: 10.24412/1993-3916-2023-1-120-130 EDN: FLJZKI
За последние 50 лет интенсивной антропогенной деятельности в сочетании с нарастающими климатическими изменениями деградация земель сельскохозяйственного назначения приобрела катастрофический характер (Деградация земель..., 2019; Национальный доклад, 2019; Borrelli et al., 2017; Gupta, 2019; Schölten, Seitz, 2019). По данным Всемирного атласа опустынивания (Cherlet et al., 2018) к настоящему времени уже деградировано 75% наземного покрова, а по прогнозу к 2050 г. доля деградированных земель может достичь 90% (Куст, Андреева, Лобковский, 2018).
В целях борьбы с деградацией земель в масштабе территории России предлагается новая концепция нейтрального баланса деградации земель в рамках парадигмы устойчивого развития (Куст, Андреева, Лобковский, 2018; Андреева, Куст, 2020; Андреева и др., 2021), которая заключается в оценке трех глобальных индикаторов: состояние наземного покрова, продуктивность земель и запасы почвенного органического углерода. Нейтральный баланс деградации земель для
определенной территории за конкретный временной интервал достигается отсутствием ухудшения вышеприведённых показателей. Однако по утверждению самих авторов для разнородной территории России с целью реализации концепции нейтрального баланса деградации земель необходим учет региональных особенностей и разработка национальной классификации по принципам проявления и распространения причин деградации (Куст, Андреева, Лобковский, 2018; Куст, Андреева, Лобковский, 2020).
Волгоградская область по почвенно-климатическим характеристикам один из контрастных регионов юга России. Регион занимает 8.1 млн га земель сельскохозяйственного назначения и 5.6 млн га пашни находится в обработке. Отрасль сельского хозяйства специализируется на производстве зерна, подсолнечника и овощей. Валовые сборы последних лет стабильны и составляют 4.0-5.4 млн т зерна и более 1.0 млн т подсолнечника (Беляков, Назарова, 2020). Однако продуктивность гектара остается невысокой по причине ухудшающегося плодородия почв и засушливости климата.
По данным областной агрохимической службы за последние 20-30 лет содержание гумуса в почве упало на 0.08%, продуктивность 1 га в ряде хозяйств сухостепной и полупустынных зон каштановых почв не превышает 0.5 т/га в зерновых единицах, что свидетельствует о высокой степени деградации почвенного плодородия и агроландшафтов, так как пашня вне обработки в последние годы в Волгоградской области достигла 930 тыс. га (Кулик и др., 2017; Рулев, Пугачева, 2019). Наряду с этим дефицит увлажнения усугубляет деградационные процессы на обширных территориях семиаридной зоны.
В этой связи актуальными являются исследования по выявлению региональных особенностей и причин проявления процессов деградации в зонах недостаточного увлажнения с целью разработки мер их предотвращения и восстановления деградированных территорий с учетом концепции устойчивого землепользования (Dore et al., 2011; Hatt et al., 2016; Malezieux, 2012; Кирюшин, 2015).
Материалы и методы
Методика исследований базировалась на работах Каштанова А.Н. (Каштанов, 2005), Жученко А.А. (Жученко, 2009, 2010), Николаева В.А. (Николаев, 1992), Кирюшина В.И. (Кирюшин, 1996), Исаченко А.Г. (Исаченко, 1991), Лопырева М.И. (Лопырев, Линкина, 2012), Масютенко Н.П. и др. (Масютенко и др., 2000, 2004, 2005), и других ученых, также на методических подходах, разработанных Всероссийским научно-исследовательским институтом земледелия и защиты почв от эрозии, ФГБНУ «Росинформагротех» (Агроэкологическая оценка..., 2005; Булаткин, 2008; Гостев и др., 2017; Масютенко и др., 2013, 2015; Сухой и др., 2015; Кирюшин, 2015, 2020), и собственных исследованиях авторов с применением современных методов (Беляков, 2018; Беляков и др., 2022; Юферев и др., 2010).
Анализ основных метеорологических характеристик осуществлялся по данным метеопоста Нижне-Волжского научно-исследовательского института сельского хозяйства (НВНИИСХ)Городищенского района Волгоградской области (с 1956 по 2020 гг.).
Энергетическую эффективность вычисляли как отношение накопленной в урожае энергии к затратам совокупной энергии (Булаткин, 2008). Затраты определяли по технологическим картам возделывания сельскохозяйственных культур.
Комплексные ландшафтные исследования проводились с 2016 по 2020 гг. на тестовых полигонах землепользований: Акционерное общество (АО) «Усть-Медведицкое», Крестьянское (фермерское) хозяйство (КФХ) Исаева В.В. Серафимовичского района, Сельскохозяйственный производственный кооператив (СПК) «Черенский» Клетского района Волгоградской области, агроландшафты которых формировались в одной почвенно-климатической зоне под влиянием различных агротехнологий, а именно прямого посева, классической (отвальной) и комбинированной, и на опытных полях Федерального научного центра агроэкологии РАН: тестового полигона «Качалино» Иловлинского района, тестового полигона НВНИИСХ Городищенского района (рис. 1).
Климатический фактор был и остается ведущей причиной деградационных процессов в почве и на обширных территориях юга России (Сажин и др., 2017; Национальный доклад., 2021; Кулик и др., 2020; Пугачева, 2020). Весеннее таяние снега и ливневые дожди являются источником водной эрозии почв. Скудный приход осадков, высокие температуры воздуха и ветер вызывает суховеи, а
установление обширного антициклона вызывает жесткие системные засухи, как в 2010 году. Частота засух в Волгоградской области составляет до 33% (Ткаченко, 2018; Сажин и др., 2017).
Если оценивать условия увлажнения по приходу годовой суммы осадков за период 65 лет, то можно выделить несколько групп (Беляков, Назарова, 2020). Группа 1 - острозасушливая с годовой суммой осадков менее 270 мм, группа 2 - засушливая, количество осадков 271-320 мм, группа 3 -средняя по увлажнению, количество осадков 321-370 мм, группа 4 - влажная, количество осадков 371-420 мм, группа 5 - очень влажная с количеством осадков более 420 мм.
Рис. 1. Картосхема расположения объектов исследования. Условные обозначения: 1 - КФХ Исаев В.В., 2 - АО «Усть-Медведицкое», 3 - СПК «Черенский», 4 - полигон «Качалино», 5 - полигон НВНИИСХ.
Результаты и обсуждение
Согласно данной градации, доля острозасушливых лет или группа 1 составляет 14.5%, группа 2 -27.4%, группа 3 - 27.4 %, группа 4 - 10.6 % и очень влажных лет, группа 5 - составляет 14.5 %. Число дней с осадками в первой группе составило 39, во второй - 53 дня, третьей - 67, четвертой - 81 и пятой - до 121 дня. Средний шаг между группами составил 11-17 дней. Установлено существенное
падение положительных температур от первой группы острозасушливых лет до влажных, когда общая разница температур составила 857 °С, с диапазоном от 3441 °С до 4298 °С. Анализ показывает, что данная оценочная система погодных условий не является достаточно объективной, так как урожайные годы 1976 г. и 1978 г. с рекордными валовыми сборами отнесены к 4-й, а не к 5-й. Кроме этого 2010 г., как самый засушливый, относится ко 2-й группе, а не к 1-й.
В этой связи нами была рассмотрена другая группировка условий увлажнения по гидротермическому коэффициенту Селянинова (ГТК), который представляет отношение суммы осадков к сумме положительных температур за теплый период - период вегетации культур, и это существенно меняет картину влагообеспеченности посевов, в том числе и более полную характеристику погодных условий.
Для условий Волгоградской области по значениям ГТК условно выделили следующие диапазоны: до 0.3 - острозасушливые годы, 0.31-0.45 - засушливые, 0.46-0.60 - средние по увлажнению, более 0.60 - влажные.
Данная градация условий увлажнения позволяет достаточно объективно характеризовать погодные условия года и вегетационного периода. Так, пример 1956 г. свидетельствует, что погодные условия года были сложными по количеству осадков, засухи проявились в июне и августе, где ГТК снижался до значений 0.04-0.05, однако приход дождей в мае и июле способствовал резкому росту ГТК - 0.58.
Анализируя длинную цепочку погодных условий по показателям ГТК менее 0.3 в течение 3-х и более месяцев и периодом времени без дождей более 40 дней, к острозасушливым годам с характеристикой системной засухи можно отнести 13 лет из 64, а именно 1957, 1959, 1963, 1971, 1972, 1975, 1979, 1986, 1998, 2002, 2010, 2012, 2014 гг., при ГТК 0.31-0.45 годы 1965, 1981, 1985, 1991, 1996, 1999, 2001, 2006, 2008, 2011, 2013, 2015, 2017, 2018 гг. являются засушливыми. Наиболее засушливые были годы 1959, 1963, 1971, 1972, 1986, 1998, 2002, 2010, 2014 гг., которые характеризовались низким урожаем сельскохозяйственных культур, где особо выделялись 1972, 1986, 2010 гг.
На территории Волгоградской области влажными являются 1961, 1973, 1976, 1978, 1983, 1988, 1989, 1990, 2000, 2005, 2016 гг. Они характеризовались высоким сбором зерна. Среди них особо можно выделить 1976, 1978, 2016 гг. Остальные годы с ГТК 0.46-0.60 можно отнести к средним по увлажнению.
Водная эрозия почв проявляется ежегодно на пашне во время весеннего таяния снега и ливневых осадков свыше 18 мм, потеря верхнего плодородного слоя достигает 30-40 т/га (Национальный доклад, 2019; Барабанов и др., 2018).
Сильные весенние ветры в 1969, 1972, 1975, 1984, 2015, 2020 гг. спровоцировали пыльные бури, которые привели к полной гибели посевов сельскохозяйственных культур на больших площадях. Верхний плодородный слой почвы в 2-5 см был полностью утрачен, в целом потери почвы достигали 20-50 т/га, а потери гумуса до 5-6 т/га (Васильев, 2003; Волошенкова, 2001; Шинкаренко и др., 2020). Так, 28-31 марта 2015 г. скорость ветра достигала 24 м/с и при подсыхании верхнего слоя почвы 0.04-0.06 м привело к выносу мелкозема с полей южных районов Волгоградской области и отложению его в оврагах и лесополосах (Рулев и др., 2016; Кулик, Дубенок, 2016). Высота отложенного слоя в результате дефляции составила в лесополосах 0.36-1.10 м (рис. 2). По экспертной оценке, ущерб составил около 5 млрд руб.
К природным факторам, способствующим деградации почвы и агроландшафтов, также следует отнести засухи и суховеи, когда рост и развитие культурных посевов на пашне и естественной растительности на природных ландшафтах существенно замедляется, а в отдельных случаях наступает полная гибель. Ветровая эрозия (дефляция) является разновидностью деградационных процессов почвы, проявляется в условиях Волгоградской области не системно, но с четким обозначением своей значимости по размерам наносимого ущерба. Выдувание плодородного слоя почвы всегда существенно: от 10-15 до 30-40 т/га (Беляков и др., 2019), а иногда и более. В случаях засух и дефляции приход органики в почву падает до 60-70%, что, несомненно, отражается на плодородии почвы.
Рис. 2. Последствия пыльной бури в 2015 г. в Волгоградской области. Условные обозначения: отложения мелкозема: а - Октябрьский район, б - Котельниковский район.
В развитие деградационных процессов вносят большой вклад различные эпизоотии: нашествие саранчовых, лугового мотылька, других вредителей и заболеваний, которые могут не только снижать продуктивность культур, но и полностью лишать урожая и отчуждать биомассу растений на поле и значительных территорий агроландшафтов.
К важным факторам снижения плодородия почвы и ее деградации относится также истощение и загрязнение почвы.
Из антропогенных факторов существенное влияние на деградацию почв и агроландшафтов оказывают агротехнологические приемы возделывания культур и технологии в целом (Беляков, Назарова, 2018; Сухов и др., 2007; Трофимов и др., 2014, 2017).
В табл. 1 приводятся технико-экономические показатели способов обработки почвы. Анализ данных показывает, что энергоемкость и затраты труда при мелкой обработке почвы являются минимальными относительно отвальной и поверхностной обработок.
Таблица 1. Сравнительные технико-экономические показатели способов обработки почвы.
Показатель Единица измерения Способ обработки почвы
отвальная мелкая поверхностная
Энергоемкость кВт-ч/га 237.00 89.00 128.0
Затраты труда чел.-ч/га 2.38 0.39 0.5
Удельный расход топлива кг/га 26.50 5.20 5.9
Производительность га/ч 0.83 2.60 2.0
Количество условных агрегатов усл. ед. 12.10 4.00 5.1
Запасы продуктивной влаги на стационаре в паровых полях (табл. 2) по различным обработкам почвы была ниже, чем на опыте с no-till. Влагозапасы в метровом слое почвы с наибольшим показателем были у безотвальной обработки, где она составила 78.5 мм, по отвальному фону -72.6 мм и на поверхностном фоне - 66.8 мм. На поле без обработки содержание продуктивной влаги в почве на начало периода составило 90.2 мм, а к концу периода вегетации - 85.7 мм (табл. 3). Эффект достигается за счет накопленной растительной массы предшествующей культуры, которая сдерживала испарение влаги из почвы.
В посевах яровых культур наибольшее количество влаги в метровом слое на момент посева наблюдалось на безотвальном фоне, чуть меньше запас на отвальной и поверхностной обработке - на 7.5 и 15.0% соответственно.
Наибольшую корреляционную зависимость от такого показателя как запас влаги в продуктивном слое почвы 0-30 см имеют посевы яровых культур при традиционной технологии возделывания (отвальная, безотвальная и поверхностная обработка) с коэффициентом детерминации 0.921. Менее
зависимы от запаса влаги в продуктивном слое почвы яровые культуры при возделывании по no-till, с коэффициентом детерминации 0.710 (рис. 3).
Таблица 2.Запасы продуктивной влаги парового поля в зависимости от обработок почвы, мм.
Горизонт, см Вид обработки Время отбора продуктивной влаги, месяц
IV V VI VII VIII IX
0-30 Отвальная обработка (пар) 28.6 15.8 4.9 0.6 15.4 9.6
30-50 26.4 13.3 11.1 8.9 11.6 10.9
50-100 17.6 27.2 16.4 11.4 18.7 19.6
0-100 72.6 56.3 32.4 21.1 45.6 40.1
0-30 Безотвальная обработка (пар) 30.1 20.0 8.6 2.2 12.6 10.2
30-50 28.8 10.7 12.7 9.9 17.2 15.4
50-100 19.6 20.9 16.5 14.7 28.7 27.6
0-100 78.5 51.6 37.9 26.8 58.6 53.3
0-30 Поверхностная обработка (пар) 26.2 9.3 3.0 0.2 10.8 7.1
30-50 24.8 10.4 6.1 4.3 9.5 11.1
50-100 15.8 14.0 13.8 11.1 18.8 16.1
0-100 66.8 33.7 23.0 15.5 39.2 34.4
0-30 Без обработки, (пар химический) 58.4 17.5 11.0 8.1 24.5 16.9
30-50 20.8 16.6 15.0 14.7 19.9 22.6
50-100 11.0 32.6 32.6 30.1 42.2 46.2
0-100 90.2 66.7 58.6 52.9 86.6 85.7
Таблица З.Запасы продуктивной влаги на яровых культурах в зависимости от обработок почвы, мм.
Горизонт, см Вид обработки, культура Время отбора продуктивной влаги, месяц
IV V VI VII
0-30 Отвальная обработка (яровые культуры) 28.6 9.9 0 -
30-50 26.4 10.3 1.1 -
50-100 17.6 8.9 0.2 -
0-100 72.6 29.1 1.3 0
0-30 Безотвальная обработка (яровые культуры) 30.1 11.2 0.3 -
30-50 28.8 8.9 1.6 -
50-100 19.6 12.0 0.9 -
0-100 78.5 32.2 2.7 0
0-30 Поверхностная обработка (яровые культуры) 26.2 7.1 - -
30-50 24.8 11.6 0.2 -
50-100 15.8 4.1 - -
0-100 66.8 22.8 0.2 0
0-30 Без обработки (яровые культуры) 58.4 5.6 - -
30-50 20.8 10.0 1.1 -
50-100 11.0 33.2 4.2 -
0-100 90.2 48.8 5.3 0
Самая высокая плотность сложения почвы весной была на варианте с поверхностной обработкой агрегатом БДМ-4,2 по парам, которая имела в среднем в слое 0-30 см значения 1.14 г/см3, что выше, чем на вариантах глубоких обработок орудиями ПН-4-35 и «Ранчо» на 0.02-0.03 г/см3- В период полной спелости культур по технологии прямого посева плотность сложения почвы в среднем
составляла 1.30 г/см3, или на 0.02-0.07 г/см3 больше чем при основных глубоких и мелких обработках, несмотря на выпадающие осадки.
-а
н и О X 16 я п
со
Б
я X са X н а
С
54 -I
49 -
44 -
39 -
34 -
29 -
24
у = 0.5315х + 40.361 R2 = 0.7196 •
•..... ..... ......... >* •
у = 0.7371х + 21.369 R2 = 0.9291
4 6 8 10 12
Урожайность, ц Основные обработки почвы Линейная (Основные обработки почвы)
14
16
18
No-Till
Линейная (No-Till)
Рис. 3. Корреляционная зависимость урожая яровых культур от запасов влаги в продуктивном слое почвы 0-30 см на момент посева при возделывании по основным обработкам почвы и no-till.
Следует также отметить, что плотность почвы на варианте с химическим паром оставалась более равновесной за весь цикл обработки и составляла в начальный период 1.19 г/см3 и в конце 1.22 г/см3, тогда как на основных обработках в процессе ухода за парами она увеличивалась на 0.12-0.08 г/см3.
Анализ биоэнергетической эффективности возделывания сельскохозяйственных культур за 2018-2021 гг. показал, что наибольшая урожайность культур достигается при возделывании по глубокой безотвальной обработке и прямом посеве (табл. 4).
Таблица 4. Оценка биоэнергетической эффективности возделывания яровых культур в зависимости от обработок почвы.
Средняя Валовый Затраты совокупной энергии на 1 га, МДж Коэффициент
Культура Вид обработки урожайность, т/га выход энергии 1 га, МДж энергетической эффективности
Отвальная 0.7 13643 10435 1.31
Яровая Безотвальная 0.9 17541 9706 1.81
пшеница Поверхностная 0.5 9745 8585 1.14
no-till 1.2 23388 6958 3.36
Отвальная 1.6 30608 10814 2.83
Ячмень Безотвальная 1.8 34434 10088 3.41
Поверхностная 1.4 36782 8967 2.98
no-till 1.6 30608 6576 4.65
Данные биоэнергетической эффективности показали, что коэффициент энергетической эффективности (КЭЭ) по основным обработкам почвы у яровой пшеницы самый высокий на
безотвальном фоне и составляет 1.81, а на отвальном и поверхностном фонах он меньше на 30-37%. На ш-ШЬтот коэффициент оказался в 2 раза выше безотвального фона, что обусловлено меньшими затратами на обработку почвы.
На посевах ярового ячменя сложилась схожая градация эффективности. Самый высокий КЭЭ был на no-till и составил 4.65, на 26.0% меньше у безотвальной обработки. Отвальная и поверхностная обработки на ячмене находятся практически на одинаковом уровне 2.83 и 2.98 соответственно.
Урожайность ячменя по no-till и отвальной обработке имела одинаковые значения и составила 1.6 т/га, однако затраты совокупной энергии в 1.6 раза различались и составили 6576 МДЖ/га и 10814 МДЖ/га, соответственно, что объясняет высокий коэффициент (4.65) на no-till.
На основании вышеизложенного следует, что в условиях каштановых почв по биоэнергетической эффективности преимущество имела технологияno-ti11 с коэффициентами 3.36 и 4.65 по яровой пшенице и ячменю, соответственно. Среди основных обработок почвы преимущество имела безотвальная обработка, где коэффициент составил 1.81 и 3.41, а в энергетическом выражении для яровой пшеницы составил 17541 МДЖ/га и ячменя - 34434 МДЖ/га, соответственно. На отвальном и поверхностном фоне показатели для яровой пшеницы были ниже на 35%, для ячменя ниже на 17% по отношению к безотвальному фону.
Мы попытались дать комплексную оценку влияния антропогенного фактора на деградацию почв и агроландшафтов сухостепной зоны. Исследования показали, что эрозионные и дефляционные процессы значительно выше при отвальной обработке и классической технологии, чем при комбинированной технологии и прямом посеве (табл. 5). Устойчивость агроландшафта возрастает от неустойчивого уровня до устойчивого. Данные свидетельствуют, что самое низкое проявление дефляции (8%) наблюдалось в 2015 г. на технологии прямого посева, на классике - 31% и комбинированной технологии - 24%. Доля деградированной пашни по технологии прямого посева составила 12.8%, 15.4% на классике и 14.5% при комбинированной технологии. Высокая интенсивность использования пашни была выявлена на классической и комбинированной технологиях, а средняя и низкая на прямом посеве. В итоге высокая экологическая устойчивость агроландшафта была установлена на прямом посеве, а низкая -на классической.
Таблица 5.Оценка влияния агротехнологий на агролесоландшафты сухостепной зоны каштановых почв.
Объект
Основные критерии оценки СПК АО «Усть- КФХ
«Черенский» Медведицкое» Исаева В.В.
Агротехнологии Классика Прямой посев Комбинированная
Площадь пашни, га 15600 10137 13500
Доля пашни от площади сельхозугодий, % 71 66 67
Содержание органического вещества (гумуса), % 3.6 3.6 3.7
Доля деградированной пашни, % (га) 15.4 (1801) 12.8(1300) 14.5 (1960)
Средняя урожайность за 3 года, т/га в зерн. ед. 3.3 2.1 4.2
Изменение продуктивности, т/га +2.1 -4.2 +4.4
Дефляция по отношению к 2015 г., % (га) 31 (3844) 8 (811) 24 (1377)
Интенсивность хозяйственного использования, шкала Высокая Средняя Высокая
Устойчивость агроландшафта, шкала Низкая Высокая Средняя
Выводы
Нами рассмотрены природные и антропогенные факторы, влияющие на развитие деградационных процессов в агроландшафтах сухостепной зоны каштановых почв Волгоградской области. К основным природным факторам были отнесены: атмосферные осадки, засухи, суховеи, также различные эпизоотии, которые могут не только снижать продуктивность культур, но и полностью лишать урожая
и отчуждать биомассу растений на значительных территориях агроландшафтов.
Климатический фактор остается ведущей причиной деградационных процессов в агроландшафтах сухостепной зоны каштановых почв. Проведена группировка условий увлажнения по годовой сумме осадков за 64 года, из которых к осторозасушливым годам отнесены 13 лет, засушливым - 14 лет, средним - 26 лет и 11 лет приходилось на влажные годы.
Проявление пыльных бурь в марте 2015 г. привело к выносу мелкозема с полей южных районов Волгоградской области и отложению его в оврагах и лесополосах на высоту 0.36-1.10 м.
Из антропогенных факторов существенное влияние на деградацию почв и агроландшафтов оказывают агротехнологические приемы возделывания культур и технологии в целом.
Агрофизические показатели каштановых почв в значительной степени определяются видами обработки почвы. Динамика сложения пахотного слоя находилась в пределах оптимальной величины с незначительным преимуществом данного показателя на варианте безотвальной обработки. Запасы влаги в метровом слое почвы с наибольшим показателем были у безотвальной обработки, где она составила 78.5 мм, на пару по отвальному фону - 72.6 мм и на поверхностном фоне - 66.8 мм. Лучшие показатели продуктивной влаги - 90.2 мм на начало периода и 85.7 мм на конец вегетации, были получены на варианте прямого посева, где растительная масса предшествующей культуры сдерживала испарение влаги из почвы.
Наибольшую корреляционную зависимость показателя запаса влаги в слое почвы 0-30 см с продуктивностью яровых культур имел вариант при традиционной технологии возделывания (отвальная, безотвальная и поверхностная обработка) с коэффициентом детерминации 0.921. Менее зависимы от запаса влаги в продуктивном слое почвы яровые культуры при возделывании по no-till, с коэффициентом детерминации 0.710.
Самый высокий КЭЭ по основным обработкам почвы у яровой пшеницы был на безотвальном фоне и составил 1.81. КЭЭ на отвальном и поверхностном фонах меньше на 30-37% соответственно. Однако на варианте no-till коэффициент вырос в два раза по отношению к безотвальной обработке.
В условиях каштановых почв высокая биоэнергетическая эффективность проявилась на технологии no-till с коэффициентами 3.36 и 4.65 по яровой пшенице и ячменю соответственно.
Данные комплексной оценки влияния антропогенного фактора на деградацию почв и сбалансированность агроландшафтов сухостепной зоны свидетельствуют, что эрозионные и дефляционные процессы при отвальной обработке и классической технологии значительно выше, чем при комбинированной технологии и прямом посеве, где устойчивость агроландшафта возрастает от неустойчивого уровня до устойчивого.
Финансирование. Исследования проведены в рамках выполнения государственного задания Федерального научного центра агроэкологии, комплексной мелиорации и защитного лесоразведения Российской академии наук № 122020100312-0 «Теория и принципы формирования адаптивных агролесомелиоративных комплексов сухостепной зоны юга РФ в контексте климатических изменений».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Агроэкологическая оценка земель, проектирование адаптивно-ландшафтных систем земледелия и агротехнологий: методическое руководство. 2005 / Ред. В.И. Кирюшина, А.Л. Иванова. М. : ФГНУ Росинформагротех. 794 с.
Андреева О.В., Куст Г.С. 2020. Оценка состояния земель в России на основе концепции нейтрального баланса
их деградации // Известия РАН. Серия: Географическая. Т. 84. №5. С. 737-749. Андреева О.В., Лобковский В.А., Куст Г.С., Зонн И.С. 2021. Современное состояние концепции и разработка
типологии моделей устойчивого землепользования // Аридные экосистемы. Т. 27. № 1(86). С. 3-14. Барабанов А.Т., Долгов С.В., Коронкевич Н.И., Панов В.И., Петелько А.И. 2018. Поверхностный сток и инфильтрация в почву талых вод на пашне в лесостепной и степной зонах Восточно-Европейской равнины // Почвоведение. № 1. С. 62-69. Беляков А.М. 2018. Методы исследования и оценка состояния агроландшафтов сухостепной зоны Волгоградской области // Ученые записки Крымского федерального университета им. В.И. Вернадского. География. Геология. Т. 4(70). №3. С. 102-108. Беляков А.М., Назарова М.В. 2018. Влияние приемов и агротехнологий на водный режим почвы и продуктивность сельскохозяйственных в агролесоландшафтах сухостепной зоны Нижнего Поволжья //
Научно-агрономический журнал. №2 (103) С. 44-47.
Беляков А.М., Васильев Ю.И., Турко С.Ю., Назарова М.В. 2019. Пыльные бури в Волгоградской области, их проявление и борьба с ними // Нива Поволжья. № 2(51). С. 2-8.
Беляков А.М., Назарова М.В. 2020 Анализ погоды в Волгоградской области за длительный период времени и урожай зерновых культур // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. № 3(59). С. 71-79.
Беляков А.М., Кошелев А.В., Назарова М.В. 2022. Методика оценки экологической сбалансированности агроландшафтов сухостепной зоны каштановых почв Волгоградской области // Аридные экосистемы. Т. 28. № 1(90). C. 124-130.
Булаткин Г.А. 2008. Эколого-энергетические основы оптимизации продуктивности агроэкосистем. М.: НИА-Природа. 366 с.
Васильев Ю.И. 2003. Эффективность систем лесных полос в борьбе с дефляцией почв. Волгоград: Изд. ВНИАЛМИ 176 с.
Волошенкова Т.В. 2001. Значение лесных полос и агроприемов в борьбе с дефляцией каштановых почв // Вестник РАСХН. №6. С. 53-55.
Гостев А.В., Пыхтин И.Г., Нитченко Л.Б., Плотников В.А., Пыхтин А.И. 2017. Система оценки экологической сбалансированности агроландшафта и степени соответствия используемой в нем системы земледелия // Земледелие. №8. С. 3-7.
Деградация земель и опустынивание в России: новейшие подходы к анализу проблемы и поиску путей решения. 2019 / Ред. Г.С. Куст. М.: изд-во Перо. 235 с.
Жученко А.А. 2009. Приоритеты в адаптации и научном обеспечении отечественного сельского хозяйства // Нива Татарстана. № 1. С. 6-9.
Жученко А.А. 2010. Смена парадигм и методологии сельскохозяйственного природопользования как основа перехода к адаптивной системе земледелия // Адаптивное кормопроизводство. № 1. С. 5-15.
Исаченко А.Г. 1991. Ландшафтоведение и физико-географическое районирование: учебник для вузов. М.: Высшая школа. 366 с.
Каштанов А.Н. 2005 .От пропашной системы земледелия к контурно-мелиоративной и адаптивно-ландшафтной // Земледелие. № 5. С. 44-46.
Кирюшин В.И. 1996. Экологические основы земледелия. М.: Колос. 367 с.
Кирюшин В.И. 2015. Развитие представлений о функциях ландшафтов в связи с задачами оптимизации природопользования // Бюллетень почвенного института им. В.В. Докучаева. № 80. С. 16-25.
Кирюшин В.И. 2020. Методология комплексной оценки сельскохозяйственных земель // Почвоведение. № 7. С. 871-879.
Кулик К.Н., Дубенок Н.Н. 2016. Пыльные бури на Нижней Волге весной 2015 года // Вестник Российской сельскохозяйственной науки. № 1. С. 4-7.
Кулик К.Н., Кретинин В.М., Рулев А.В., Шишкунов В.М. 2017. Красная книга почв Волгоградской области. Волгоград. 224 с.
Кулик К.Н., Петров В.И., Юферев В.Г., Ткаченко Н.А., Шинкаренко С.С. 2020. Геоинформационный анализ опустынивания Северо-западного Прикаспия // Аридные экосистемы. Т. 26. № 2(83). С. 16-24.
Куст Г.С., Андреева О.В., Лобковский В.А. 2018. Нейтральный баланс деградации земель - новейший подход для принятия решений в области землепользования и земельной политики. Проблемы постсоветского пространства. 5(4):369-389.
Куст Г.С., Андреева О.В., Лобковский В.А. 2020. Нейтральный баланс деградации земель - современный подход к исследованию засушливых регионов на национальном уровне // Аридные экосистемы. Т. 26. № 2(83). С. 39.
Лопырев М.И. Линкина А.В. 2012. Модернизация систем земледелия на эколого-ландшафтной основе // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. № 3. С 49-56.
Масютенко Н.П., Бахирев Г.И., Кузнецов А.В.,Чуян Н.А., Брескина Г.М., Дубовик Е.В., Масютенко М.Н., Припутнева М.А. 2015. Усовершенствованные теоретические основы формирования экологически сбалансированных агроландшафтов Курск: ФГБНУ ВНИИЗ и ЗПЭ. 63 с
Масютенко Н.П., Володин В.М., Гатилова С.Я., Шеховцова В.В., Чуян О.Г., БолотскихГ.А. 2000. Методика оптимизации структуры угодий в агроландшафте на биоэнергетической основе. Курск: ВНИИЗ и ЗПЭ РАСХН. 52 с.
Масютенко Н.П., Шеховцова В.В., Шеховцов А.И., Леонтьева Е.В. 2004. Научные основы и методы оценки энергетического состояния почв в агроландшафтах. Курск: ВНИИЗ и ЗПЭ РАСХН. 61 с.
Масютенко Н.П., Еремина Р.Ф., Чуян Н.А., Мащенко С.С. 2005. Методика определения оптимального соотношения земельных угодий для агроландшафтов лесостепи ЦЧЗ на биоэнергетической основе. Курск: ВНИИЗ и ЗПЭ РАСХН. 39 с.
Масютенко Н.П., Чуян Н.А., Бахирев Г.И., Кузнецов А.В., Брескина Г.М., Дубовик Е.В., Масютенко М.Н.,
Панкова Т.И., Калужский А.Г. 2013. Система оценки устойчивости агроландшафтов для формирования экологически сбалансированных агроландшафтов. Курск: ГНУ ВНИИЗ и ЗПЭ, РАСХН. 50 с.
Национальный доклад. Глобальный климат и почвенный покров России: опустынивание и деградация земель, институциональные, инфраструктурные, технологические меры адаптации (сельское и лесное хозяйство). 2019 / Под ред. Р.С.-Х. Эдельгериева. Т. 2. М.: Изд-во МБА. 476 с.
Национальный доклад. Глобальный климат и почвенный покров России: проявления засухи, меры предупреждения, борьбы, ликвидация последствий и адаптационные мероприятия (сельское и лесное хозяйство). 2021 / Под ред. Р.С.-Х. Эдельгериева. Т. 3. М.: Изд-во МБА. 820 с.
Николаев В.А. 1992. Основы учения об агроландшафте // Агроландшафтные исследования. Методология, методика, региональные проблемы. М.: МГУ. С. 4-57.
Панкова Т.И., Калужский А.Г. 2013. Система оценки устойчивости агроландшафтов для формирования экологически сбалансированных агроландшафтов. Курск: ГНУ ВНИИЗ и ЗПЭ, РАСХН 50 с.
Пугачёва А.М. 2020. Климатические флуктуации сухих степей и их роль в процессе демутации // Аридные экосистемы. Т. 26. № 3(84). С. 14-22.
Рулев А.С., Беляков А.М., Сарычев А.Н. 2016. Исследование проявления дефляции почв в условиях Волгоградской области // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. № 2 (42). С. 101-107.
Рулев А.С., Пугачёва А.М. 2019. Развитие растениеводства на региональном уровне (на примере Волгоградской области) // Проблемы прогнозирования. № 5 (176). С. 112-119.
Сажин А.Н., Кулик К.Н., Васильев Ю.И. 2017. Погода и климат Волгоградской области. Волгоград: ВНИАЛМИ. 333 с.
Сухов А.Н., Балашов В.В., Филин В.И., Москвичев А.Ю., Зеленев А.В., Левкин В.Н. 2007. Системы земледелия Нижнего Поволжья: учебное пособие. Волгоград: Изд-во ВГСХА «НИВА». 344 с.
Сухой П.А., Морозов А.В., Атаманюк М.Н. 2015. Экологическая оценка аэроландшафтных систем на региональном уровне // Вестник Тюменского государственного университета. Экология и природопользование. Т. 1. № 3 (3). С. 6-16.
Ткаченко Н.А. 2018. Засухи и урожайность зерновых культур в Волгоградской области // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. № 4 (52). С. 171-178.
Трофимов И.А., Косолапов В.М., Трофимова Л.С., Яковлева Е.П. 2014. Проблемы земледелия и управления агроландшафтами // Земледелие. № 7. С. 3-5.
Трофимов И.А., Трофимова Л.С., Яковлева Е.П. 2017. Сохранение и оптимизация агроландшафтов Центрального Черноземья // Известия Российской академии наук. Серия географическая. № 1. С. 103-109.
Шинкаренко С.С., Ткаченко Н.А., Барталев С.А., Юферев В.Г., Кулик К.Н. 2020. Пыльные бури на юге европейской части России в сентябре-октябре 2020 г. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. Т. 17. № 5. С. 291-296.
Юферев В.Г., Кулик К.Н., Рулев А.С., Мушаева К.Б., Кошелев А.В., Дорохина З.П., Березовикова О.Ю. 2010. Геоинформационные технологии в агролесомелиорации. Волгоград: ВНИАЛМИ. 102 с.
Borrelli P., Robinson D.A., Fleischer L.R., Lugato E., Ballabio C., Alewell C., Meusburger K., Modugno S., Schtitt B., Ferro V., Bagarello V., Van Oost K., Montanarella L., Panagos P. 2017. An assessment of the global impact of 21st century land use change on soil erosion // Nature Communications. Vol. 8.№ 1. P. 1-13.
Cherlet M., Hutchinson C., Reynolds J., Hill J., Sommer S., Von Maltitz G.2018. World Atlas of Desertification. Luxembourg: Publication Office of the European Union.
Dore T., Makowski E., Munier-Jolain, Tchamitchian M., Tittonell P. 2011. Facing up to the paradigm of ecological intensification in agronomy: revisiting methods, concepts and knowledge // European Journal of Agronomy. Vol. 34.Is. 4. P. 197-210.
Gupta G.S. 2019. Land degradation and challenges of food security // Review of European Studies. Vol. 11. №. 1. P. 63-72.
Hatt S., Artu S., Bredart D.Lassois L., Francis F., Haubruge E., Garre S., Stassart P.M., Dufrine M., Monty A., Boeraeve F.2016. Towards sustainable food systems: the concept of agroecology and how it questions current research practices. A review // Biotechnol. Agron. Soc. Environ. Vol. 20.Is. 1. P. 215-224.
Malezieux E. 2012. Designing cropping systems from nature // Agronomy for Sustainable Development. № 32.Р. 15-29.
Scholten T., Seitz S. 2019. Soil erosion and land degradation // Soil Systems. Vol. 3.Is. 4.P. 68.
