CC BY
210
ОЦЕНКА И ДИНАМИКА РЕСУРСОВ ЧЕРНОЗЕМОВ И СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ УГОДИЙ КУРСКОЙ ОБЛАСТИ
Ю.П. Сухановский, А.В. Прущик, С.И. Санжарова
Аннотация. Для урожайности зерновых и пропашных культур на чернозёмах и серых лесных почвах Курской области предложена зависимость: среднемно-голетняя урожайность прямо пропорциональна запасам гумуса в слое почвы 0-50 см (при прочих равных условиях). По фактическим данным проведена проверка этой зависимости для сельскохозяйственных угодий двух административных районов Курской области: Медвенского (почва - чернозёмы) и Дмитриевского (серые лесные почвы). Результаты проверки подтвердили справедливость предложенной зависимости. По аналогии с другими природными ресурсами для оценки почвенных ресурсов использованы три параметра: площадь пашни и мощность гумусового горизонта, которые оценивают количество почвы, и запасы гумуса, оценивающие качество почвы с позиции производства растениеводческой продукции. Проведена оценка тенденции сокращения почвенных ресурсов с начала освоения целины до 1970 - 1980 годов. В результате сделан вывод о необходимости государственной стратегии рационального использования оставшихся почвенных ресурсов.
Ключевые слова: почвенные ресурсы, качество почвы, оценка и динамика ресурсов, чернозёмы, серые лесные почвы, Курская область.
В мире существуют две тенденции: сокращение почвенных ресурсов и увеличение численности населения. На рисунке показана динамика роста населения (Википедия; Большая Советская Энциклопедия; ДЕ-МОСКОП Weekly, 2009) и снижения количества пашни в мире, приходящейся на одного человека (Кайгород-цев, 2006; Экология, охрана...) (для 2050 года приводятся прогнозируемые значения). В мире уже утрачено более 2 млрд. га плодородных земель, это больше, чем вся площадь земледелия современного человечества (Добровольский, 2012). В результате эрозии площадь пашни в мире ежегодно сокращается на 0,4% (Кирюхи-на, Пацукевич, 2004). В настоящее время от голода страдает почти один миллиард человек, то есть каждый седьмой житель планеты (Глобальный стратегический., 2012). Указанные тенденции не могут продолжаться бесконечно. Это означает, что в будущем существует опасность глобального кризиса. Чтобы его избежать, необходимо, в частности, уметь прогнозировать динамику почвенных ресурсов и своевременно принимать меры.
я О
3
I),» 'А
Рисунок 1 - Динамика населения Земли и количества пашни на одного человека: 1 - население Земли; 2 - количество пашни на человека
Приближённо оценим, насколько должна увеличиться урожайность сельскохозяйственных культур с 2011 до 2050 года. Для 2011 года введём следующие переменные: N2011 = 7 млрд. человек - количество населения в мире; 82011 = 0,22 га/чел.- количество пашни на одного человека (рассчитано по линейной интерполяции между 2000 и 2050 годами); ¥к2011 - урожайность к-й культуры; Рк,2011 - доля площади пашни, занятая к-й культурой; Мк,2011 - количество продукции к-й культуры, произведённой на одного человека.
Аналогично для 2050 года: N050 = 9,1 млрд. человек; 82050 = 0,07 га/чел.; ¥к,2050 ; Рк,2050 ; Мк^050 . Оценим необходимое увеличение урожайности для следующих условий: а) количество продукции на одного человека в 2050 году должно быть таким же, как в 2011 (Мк,2050 = Мк2011); б) доли площади пашни, занятые к-й культурой, также будут одинаковыми (Рк,2050 = Рк,2011). Для этих условий при росте населения и сокращении площади пашни
Sr.,
0,22
= 3,1 •
(1)
V V О 07
1 к, 2011 °2050 0,07
Учитывая, что в 2011 году каждый седьмой житель планеты голодал, то повышение урожайности должно быть ещё больше.
Если площадь пашни не будет изменяться (82011 =8Ш2011, 82050 =8М2050, где 8 - вся площадь пашни), то из (1) следует, что увеличение урожайности только за счёт роста населения должно быть равным
N 91
N 2050 = 9l1 = 13
(2)
1 N 7
1 к ,2011 2011 7
Из (1) и (2) следует, что необходимое увеличение урожайности только за счёт сокращения площади пашни должно быть равным 3,1/1,3 = 2,4, т.е. сокращение пашни приводит к необходимости повышать урожайность быстрее, чем рост населения. Возникает вопрос: реально ли такое увеличение урожайности без ущерба для здоровья населения?
Деградация почвы приводит не только к сокращению площади пашни, но и к снижению урожайности культур. Это необходимо учитывать в оценке почвенных ресурсов и их динамики.
Природные ресурсы оцениваются количеством и качеством. Качество оценивается с позиции получаемой продукции: чем больше производится продукции на единицу ресурсов, тем выше их качество. Например, количество железной руды оценивается тоннами, а качество - содержанием в ней железа: чем больше содержится железа, тем больше можно получить металла из одной тонны руды. Количество почвы, используемой для производства растениеводческой продукции, оценивается площадью пашни и мощностью гумусового горизонта. Качество почвы должно оцениваться количеством продукции, получаемой с единицы площади, т.е. урожайностью. Урожайность зависит не только от почвы, но и от других факторов: от сельскохозяйственной культуры, технологии её возделывания, климатических условий. Следовательно, нужна такая измеряемая характеристика почвы, от которой зависит урожайность при разных сочетаниях других факторов, включая типы почвы и степени её деградации.
Целью данной работы является обоснование того, что качество чернозёмов и серых лесных почв Курской области оценивается запасами гумуса в слое 0-50 см
k ,2050
почвы, а также оценка динамики почвенных ресурсов сельскохозяйственных угодий.
Объектом исследований является оценка ресурсов чернозёмов и серых лесных почв сельскохозяйственных угодий Курской области и их динамика.
По состоянию на 1996 год сельскохозяйственные угодья занимали 77,1% земельного фонда области, включая 24% эродированных почв (Муха и др., 2006). Черноземы занимают 59,5% всей территории, а серые лесные почвы - 23,7% (Почвенная карта ...,1979).
По литературным (фактическим) данным за 19601980 годы установлено (Санжарова и др., 2009) среднее относительное снижение (%) урожайности пропашных и зерновых культур, возделываемых по разным технологиям на эродированных чернозёмах и серых лесных почвах лесостепной и степной зон России, Украины и Молдавии (таблица 1, строка 1).
По материалам (за 1970 - 1980 годы) почвенных обследований Курского филиала ЦЧОГипрозем для Курской области установлено (Санжарова и др., 2009) среднее уменьшение (%) запасов гумуса в слое почвы 0-50 см эродированных чернозёмов и серых лесных почв (таблица 1, строка 3). Эти данные описываются уравнением регрессии
ет = ааа , (3)
где а = 0,74±0,04; еУ и еа - среднее относительное уменьшение, соответственно, урожайности и запасов гумуса в эродированной почве (по сравнению с неэро-дированной почвой сельскохозяйственных угодий).
В таблице 1 (строки 5-14) представлены данные для эродированных и неэродированных почв, которые были получены по тем же материалам. Эти данные использованы ниже для Медвенского и Дмитриевского районов.
Покажем, что при выполнении определённых условий из уравнения (3) следует: абсолютная средняя урожайность прямо пропорциональна средним запасам гумуса в слое почвы 0-50 см.
Введём понятие единичного события, которое определяется полученной урожайностью на склоне при конкретных условиях: год, склон, культура, технология её возделывания, погодные условия. Этому событию соответствует пара значений урожайности: урожайность на неэродированной почве (на вершине склона) и на эродированной (на определенном расстоянии от вершины склона).
Введём следующие переменные: / - порядковый номер события; ] = 1, 2, 3 - номер степени эродирован-ности почвы (соответственно, слабая, средняя, сильная); У0/ - урожайность /'-го события на неэродирован-ной почве; У^ - урожайность /-го события на почве с]-й степенью эродированности; - количество событий на почве с ]-й степенью эродированности.
Относительное снижение урожайности для /-го события с}-й степенью эродированности почвы
Ъо, / = (Уо, / - У3, УУо, / = 1 - У3, До, / . (4)
В общем случае средневзвешенное снижение урожайности на почве с ]-й степенью эродированности определяется
%, з О) =
I
I Щ
(5)
где V - весовая функция. Суммирование проводится по всем событиям, которые произошли на почве с ]-й степенью эродированности (таких событий М,).
Таблица 1 - Данные по снижению урожайности и параметрам чернозёмов и серых лесных почв (средние
№ строки Параметр Неэродиро-ванные Степень эродированности
слабая средняя сильная
Зерновые и пропашные культуры на чернозёмах и серых лесных почвах лесостепной и степной зон России, Украины и Молдавии (Санжарова и др., 2009)
1 Снижение урожайности, % 0 18 ± 1 35 ± 1 52 ± 1
2 Объём выборки 149 143 120
Чернозёмы и серые лесные почвы Курской области (Санжарова и др., 2009)
3 Сокращение запасов гумуса в слое 0-50 см, % 0 26±1 52±1 66±2
4 Объём выборки 163 79 30
Чернозёмы типичные, выщелоченные и оподзоленные Курской области
5 Гумусовый горизонт, см 74±1 55±1 35±1 24±2
6 Запасы гумуса в слое 0-50 см, т/га 267±3 210±4 139±4 113±7
7 Сокращение гумусового горизонта, % 0 24±1 52±1 67±3
8 Сокращение запасов гумуса в слое 0-50 см, % 0 23±1 48±2 59±3
9 Объём выборки 195 109 45 12
Серые и тёмно-серые лесные почвы Курской области
10 Гумусовый горизонт, см 49±1 37±1 31±1 24±2
11 Запасы гумуса в слое 0-50 см, т/га 185±4 132±4 83±4 56±5
12 Сокращение гумусового горизонта, % 0 28±1 39±2 59±3
13 Сокращение запасов гумуса в слое 0-50 см, % 0 32±2 56±2 71±2
14 Объём выборки 94 54 34 18
Чернозёмы в сравнении с целиной
15 Сокращение запасов гумуса в слое 0-50 см, % 50 62 74 80
16 Сокращение запасов гумуса в слое 0-50 см за счёт эрозии, % 0 12 24 30
Серые лесные почвы в сравнении с целиной
17 Сокращение запасов гумуса в слое 0-50 см, % 50 66 78 86
18 Сокращение запасов гумуса в слое 0-50 см за счёт эрозии, % 0 16 28 36
Примечания: 1) в строках 1 - 14 среднее снижение и сокращение (в %) рассчитаны по формуле (5) при 2) для среднего значения стандартное отклонение (±) асред= а/п1/2, где а - стандартное отклонение, п - объём выборки.
х
В таблице 1 (строка 1) приводятся значения е¥-, полученные при V = 1, а во 2-й строке приводится объём выборки (количество событий Щ-). Для снижения запасов гумуса (строка 3) усреднение проведено также при V = 1. По этим данным получено уравнение (3). В этом случае
"У,,
= = I
^У,, I
В , =1 -
У
V10 У
сред
(У, Л У
±у ]
,т 1 •
(6)
У N ^У
V У0 У сред У,] ' 1 0,'
При V = ¥0 (¥0 - урожайность на неэродированной почве) из (5) следует
Ви = У0) = 1 -
У
] ,сред
У
(7)
У,
1
■I У,.
0,сред 1
N
■1У,
,.сред дг I *' ^ 0,сред
' у ,, ' ''У ,з
где ¥-,сред - средняя урожайность на почве с ,-й степенью эродированности почвы, ¥0сред - средняя урожайность на неэродированной почве.
Введём коэффициент
КУ, =
ГуЛ
У
V У0 У сред
У
],сред
У
0,сред
(8)
Для репрезентативных выборок коэффициенты К¥-можно принять постоянными. Из (8) следует, что
(У, л
= к
],сред
(9)
VУ0 У
,, У
У сред 0,сред
Если в приведённых выше уравнениях урожайность заменить на запасы гумуса, т.е., на 0-Л , ¥0^ на О0Л , ¥,-
на О,- , ¥0 на 00
^ , ¥0 на о0 , N7-- на N0- , е¥- на е0- , то для гумуса
придём к уравнению, подобному уравнению (9), ( ,
Оп
= к
о
,,сред
(10)
,, о
^ У сред 0,сред
Заметим, что выборки по урожайности и запасам гумуса относятся к разным объектам и разным годам.
В уравнении (3) приближённо примем, что а=1. Тогда с учётом (9) и (10) из уравнения (3) для ,-й степени эродированности почвы следует, что
У,
],сред
У
К0, ]КУ,]О],сред
оп
Р ()
(11)
0, сред 0,сред Р ()
где - неизвестная функция, не зависящая от запасов гумуса. Из (11) следует
дР() > У0,сред = 0„среР() . (12)
У],сред КО,]КУ,]О],средР
На эродированной почве урожайность равняется
¥ эр,сред = ¥о,сред (1-е¥). При а = 1 из уравнения (3) следует, что е¥ = е0. Тогда урожайность на эродированной почве равняется ¥эр,сред = ¥о,сред (1- е0)=Оэр,средР(), здесь 0эр,сред= О0,сред(1- е0) - средние запасы гумуса в эродированной почве. Следовательно, урожайность на неэродирован-ной и эродированной почве можно записать одним уравнением
Уррд = ОредР() . (13)
Таким образом, уравнение (13) получено из уравнения (3) при выполнении двух условий: 1) значение па-
раметра а в (3) можно приближённо принять равным единице (а ~ 1); 2) выборки данных по урожайности и запасам гумуса в почве, по которым получено уравнение (3), являются репрезентативными. Уравнение (13) показывает, что на эродированной и неэродированной почве абсолютная средняя урожайность (¥сред) прямо пропорциональна средним запасам гумуса (0сред).
Учитывая, что запасы гумуса за 10-20 лет (период усреднения) изменяются мало, то величины в (13) имеют следующий смысл: ¥сред - усреднённая по определённой площади пашни среднемноголетняя урожайность зерновых и пропашных культур, возделываемых на эродированных и неэродированных чернозёмах и серых лесных почвах по разным технологиям и в разных климатических условиях; Осред - запасы гумуса, усреднённые по той же площади пашни; - функция, учитывающая влияние на среднемноголетнюю урожайность всех факторов, кроме запасов гумуса в почве (она учитывает сельскохозяйственную культуру, технологию её возделывания и климатические условия).
Из уравнения (13) следует, что во сколько раз больше запасы гумуса, во столько же раз больше и урожайность при прочих равных условиях. Это означает, что с позиции производства растениеводческой продукции запасы гумуса оценивают качество почвы.
Таким образом, минимум три параметра оценивают почвенные ресурсы: площадь пашни и мощность гумусового горизонта - количество почвы, а запасы гумуса -её качество.
Проверка уравнения (13). Сначала рассмотрим две площади пашни (81 и 82), расположенные в одинаковых климатических условиях. Средние запасы гумуса для них обозначим через 0сред1 и 0сред2. На каждой площади возделываются зерновые и пропашные культуры по одинаковым технологиям. Среднемноголетнюю урожайность к-й культуры обозначим через ¥с„ед1к и ¥сред 2 к . Тогда для любой к-й культуры значение функции Р() в уравнении (13) будет одинаковым для этих двух площадей, обозначим его ^к(). Из этого уравнения следует, что при принятых условиях отношение урожайностей каждой культуры Ки = ¥сред,1,к 1¥сред,2,к должно равняться отношению запасов гумуса К0 = 0сред1 / 0сред2 , т.е. должно выполняться равенство
КГЛ = Ко . (14)
Это равенство относится к зерновым и пропашным культурам, возделываемым на эродированных и неэро-дированных чернозёмах и серых лесных почвах.
Для проверки уравнения (13) выбраны сельскохозяйственные угодья двух административных районов Курской области: Медвенского - чернозёмы и Дмитриевского - серые лесные почвы. Оба района подвержены водной эрозии почв.
В таблице 2 приводятся данные для сельскохозяйственных угодий Медвенского и Дмитриевского районов по состоянию на 1970-е годы (Система земледелия ..., 1982). В таблице 1 приводятся данные для почв по их состоянию на 1970 - 1980 годы. Поскольку за 10-20 лет запасы гумуса и мощность гумусового горизонта эродируемых почв изменяются мало, то можно принять, что данные для чернозёмов и серых лесных почв (табл. 1) приблизительно соответствуют состоянию почв указанных районов на 1970-е годы.
Для чернозёмов (таблица 1, строки 1 и 8) в уравнении (3) а = 0,82 ± 0.05, а для серых лесных почв (таблица 1, строки 1 и 13) а = 0,68 ± 0.05. Это означает, что в обоих случаях можно приближённо принять а ~ 1.
X
Таблица 2 - Распределение площади сельскохозяйственных угодий Медвенского и Дмитриевского районов Курской области на 1970-е годы (Система земледелия...,
Район Площадь, тыс. га Неэро-диро-ванная почва Эродированная почва и овраги
% от всей площади % от всей площади в том числе по степени эроди-рованности и оврагам, %
слабая средняя сильная овраги
Медвен- ский (чернозёмы) 100,0 58,6 41,4 25,4 13,6 1,7 0,7
Дмитриевский (серые лесные) 104,9 75,4 24,6 16,5 7,0 0,7 0,4
В таблице 3 приводятся значения параметров почвенных ресурсов сельскохозяйственных угодий Мед-венского и Дмитриевского районов.
Таблица 3 - Почвенные ресурсы сельскохозяйственных угодий Медвенского и Дмитриевского
Параметр Район
Медвенский (чернозёмы) Дмитриевский (серые лесные)
Площадь, тыс. га 100,0 104,9
Средневзвешенная мощность гумусового горизонта, см 63 45
Средневзвешенные запасы гумуса в слое 0-50 см, т/га 229 166
Сокращение площади, пригодной для пашни : % тыс. га 2,4 2,4 1,1 1,2
- за счёт сокращения площади сильно эродированных почв и площади оврагов, на которых снижение урожайности больше 50%.
По данным (Народное хозяйство.) значения сред-немноголетней урожайности за 1970-1986 годы и их стандартные отклонения равняются: в Медвенском районе для зерновых культур 21,2±1,0 ц/га, для сахарной свёклы 223±16 ц/га; в Дмитриевском районе, соответственно, 15,1±0,7 и 141±9 ц/га. Отношения этих урожайностей для зерновых культур Ку = 1,4±0,1, для сахарной свёклы Ку = 1,6±0,2.
Приближённо можно принять, что за указанный период времени в обоих районах технологии возделывания зерновых и пропашных культур и климатические условия были одинаковы. Следовательно, должно выполняться приближённое равенство (14).
Отношение запасов гумуса (таблица 3) в Медвенском районе к запасам в Дмитриевском равняется Ка = 229/166 = 1,4. Из сравнения рассчитанных значений коэффициентов Ку и Ка следует, что в пределах статистической погрешности для зерновых культур и сахарной свёклы выполняется равенство (14), т.е. Ку ~ Ка. Это означает, что фактические данные для указанных двух районов подтверждают уравнение (13).
Заметим, что Г.И. Бахиревым (2006) предложено качество почвы оценивать запасами гумуса во всём гумусовом горизонте. Это основано на установленной им зависимости среднемноголетней урожайности озимой пшеницы на неэродированном чернозёме типичном от запасов гумуса (без применения удобрений).
Сокращение почвенных ресурсов. Введём понятие удельных почвенных ресурсов, которые определяются ресурсами, приходящимися на единицу площади пашни
(например, на 1 га). Эти ресурсы оцениваются двумя параметрами: мощностью гумусового горизонта и запасами гумуса в слое 0-50 см. Оценим сокращение удельных ресурсов чернозёмов и серых лесных почв Курской области.
Сокращение удельных ресурсов эродированных почв относительно неэродированных. В таблице 1 приводятся данные по сокращению мощности гумусового горизонта и запасов гумуса: для чернозёмов - строки 7 и 8, для серых лесных почв - строки 12 и 13. Из данных этой же таблицы (строки 5-6 и 10-11) следует, что для эродированных и неэродированных чернозёмов удельные ресурсы больше, чем для серых лесных почв. Обратим внимание, что для сильно эродированных чернозёмов и серых лесных почв (таблица 1, строки 5 и 10) мощность гумусового горизонта одинаковая (24 см), что соответствует глубине вспашки. Это объясняется следующим образом.
В целинной почве выделяется мощность гумусового горизонта Н0 . Для упрощения примем, что ниже залегает материнская порода, не содержащая гумус. После распашки на глубину Нпах образуется пахотный слой. Возможны два случая. Первый: Нпах < Н0 . В этом случае распахивается только часть гумусового горизонта. Остальную часть, которая расположена под пахотным слоем, обозначим Н0под = Н0 - Нпах. Второй: Нпах > Н0 . В этом случае распахивается весь гумусовый горизонт Н0 и припахивается материнская порода, т.е. Н0под = 0. В общем случае мощность гумусового горизонта определяется величиной Нгум = Нпах + Н0,под. Примем, что вспашка проводится на одинаковую глубину, т.е. Нпах = COnSt.
В результате эрозии с пахотного слоя происходят потери почвы, масса которых компенсируется припахи-ванием залегающего ниже слоя. В первом случае (Нпах < Н0) сначала припахивается (т.е. сокращается) гумусовый горизонт, расположенный под пахотным слоем (Н0,под). Это ведёт к сокращению всего гумусового горизонта Нгум. После того, как Н0,под = 0, начнёт припахиваться материнская порода. После этого мощность гумусового горизонта будет постоянной величиной, т.е. Нгум = Нпах = const. Следовательно, эрозионные потери почвы можно оценивать по сокращению гумусового горизонта только до начала припахивания материнской породы. В противном случае эти потери будут занижены. Во втором случае (Нпах > Н0) для любых эрозионных потерь почвы Нгум = Нпах = const.
Для неэродированных чернозёмов и серых лесных почв (таблица 1, строки 5 и 10) Нгум =Н0> Нпах , а для сильно эродированных Нгум = Нпах =24 см, т.е. для таких почв на момент определения мощности гумусового горизонта уже происходило припахивание материнской породы. Это объясняет одинаковую мощность гумусового горизонта для сильно эродированных чернозёмов и серых лесных почв. Поскольку для неэродированных серых лесных почв мощность гумусового горизонта меньше, а эрозионные потери на серых лесных почвах больше, чем для чернозёмов, то приходим к выводу: при прочих равных условиях на серых лесных почвах начало припахивания материнской породы произошло раньше, чем на чернозёмах. Следовательно, для эродируемых чернозёмов запас времени ("срок службы") до начала припахивания материнской породы больше, чем для эродируемых серых лесных почв.
Сокращение удельных почвенных ресурсов относительно целинной почвы. Можно принять, что до распашки целины почва приблизилась к равновесному состоянию (к климаксу), которое характеризуется скоростью изменения параметров почвы равной нулю и максимальными значениями этих параметров (например, максимальными значениями гумусового горизонта и
запасов гумуса). После распашки нарушилось равновесное состояние почвы, в частности, по причине уменьшения поступления в почву растительных остатков. В результате этого запасы гумуса стали уменьшаться, а мощность гумусового горизонта неэродируе-мых почв, согласно модели Ф.Н. Лисецкого (2000), стабилизировалась.
Следовательно, для неэродированных почв можно приближённо принять следующее: мощность гумусового горизонта со временем не изменилась, а отношение Со/Сцел уменьшилось, здесь G0, Оцел - соответственно, запасы гумуса в слое 0-50 см неэродированной и целинной почвы.
По данным П.Г. Адерихина (1964) и Е.А. Афанасьевой (1966) содержание гумуса в пахотном слое неэродированных чернозёмов Центрального Черноземья уменьшилось с 10-12% (для целины) до 5-6%, т.е. приближённо GcjG^n = 0,5 (или 50%). Для серых лесных почв аналогичные данные отсутствуют. Для Нечернозёмной зоны России содержание гумуса в пахотном слое серых лесных почв уменьшилось в два раза (Али-фанов, 1979). Поэтому для этих почв также примем G0/Gцел = 0,5.
Для эродированных почв относительное уменьшение запасов гумуса (в сравнении с целиной) определяется следующей зависимостью
0цел - G G0
(l -SG,0 ),
(15)
s
G,цел
bGdezyMS)
SG,ôezyM,0 ^ SG,эр '
G,
(16)
цел
нять 1780 год (распаханность - 35%) (Бахирев, 1981). В 1978 году сельскохозяйственные угодья и пашня занимали 80,4% и 73,7% , соответственно, от общей площади земельного фонда Курской области (Система ведения..., 1980). Следовательно, сокращение удельных почвенных ресурсов произошло ориентировочно за 200 - 250 лет (после распашки целины).
Сокращение почвенных ресурсов сельскохозяйственных угодий Медвенского и Дмитриевского районов. Сокращение площади, пригодной для пашни, определяется площадью образованных оврагов и площадью эродированных почв, на которых из-за снижения урожайности возделывание зерновых и пропашных культур является экономически не выгодным. Для обоих районов из общей площади сельскохозяйственных угодий исключена площадь сильно эродированных почв по двум причинам: 1) снижение урожайности на таких почвах больше 50%; 2) их площадь намного меньше площади неэродированных почв. В таблица 3 приводятся данные по сокращению площади, пригодной для пашни.
В таблице 4 приводятся средневзвешенные значения (есрвз.) сокращения мощности гумусового горизонта, запасов гумуса и снижения урожайности зерновых и пропашных культур. Эти значения рассчитаны по формуле
цел цел
где G - запасы гумуса в эродированной почве, eG,0 -сокращение запасов гумуса в эродированной почве в сравнении с неэродированной (таблица 1, строки 8 (для чернозёмов) и 13 (для серых лесных почв)). Значения ео,цел , рассчитанные по (15), приводятся в таблице 1 (строка 15 - чернозёмы, строка 17 - серые лесные почвы).
Для неэродированной почвы сокращение запасов гумуса (AG^y^o) произошло только за счёт динамики процессов гумификации и дегумификации. Для эродированных почв сокращение произошло ещё дополнительно за счёт эрозии (AGV), поскольку вместе с почвой происходили потери гумуса и в почву поступало меньше растительных остатков (урожайность на эродированных почвах меньше). Тогда сокращение запасов гумуса относительно целинных почв
s„„„ =
ZsS
Z s
(17)
где - площадь, на которой изменение параметра оценивается величиной . Суммирование проводится по площади, для которой определяется средневзвешенное значение.
Таблица 4 - Средневзвешенные значения сокращения мощности гумусового горизонта, запасов гумуса и снижения урожайности зерновых и пропашных куль-
где еа,дегум,0 и еа,эр - относительное сокращение запасов гумуса, соответственно, в неэродированной почве и дополнительное сокращение, обусловленное эрозией (для неэродированных почв е0эЭр = 0). Значения е0эЭр, рассчитанные по уравнению (16), представлены в таблице 1 (строки 16 и 18). Из сравнения данных в строках 15 - 18 этой же таблицы следует: 1) с увеличением степени эродированности почвы сокращение запасов гумуса за счёт эрозии возрастало; 2) тем не менее, сокращение запасов гумуса было обусловлено, главным образом, динамикой процессов гумификации и дегумифи-кации (это сокращение равняется 50% для неэродиро-ванной почвы).
Из данных таблицы 1 следует, что после распашки целины произошло большое сокращение удельных ресурсов: для чернозёмов мощность гумусового горизонта сократилась на 0 - 67% (строка 7), а запасы гумуса на 50 -80% (строка 15); для серых лесных почв, соответственно, на 0 - 59% (строка 12) и на 50 - 86% (строка 17).
Для Курской области за начало проявления ускоренной эрозии на пашне можно ориентировочно при-
Усреднение по площади Район
Параметр Медвен-ский (чернозёмы) Дмитриевский (серые лесные)
В сравнении с неэродированной почвой сельскохозяйственных угодий
Сокращение гумусового 36 33
эродиро- горизонта
ванных Сокращение запасов
почв гумуса 34 41
Снижение урожайности 26 25
Сокращение гумусового 15 8
горизонта
всех почв Сокращение запасов гумуса 14 10
Снижение урожайности 11 6
В сравнении с целинной почвой
эродированных почв Сокращение запасов гумуса 67 71
всех почв Сокращение запасов гумуса 57 55
Из уравнения (13) следует: во сколько раз сократятся запасы гумуса, во столько же раз приблизительно снизится и среднемноголетняя урожайность. По сравнению с целинной почвой запасы гумуса в Медвенском районе снизилась на 57%, а в Дмитриевском на 55% (таблица 4). Это означает следующее: если бы после распашки целины запасы гумуса не изменились, то в 1970-1980-х годах среднемноголетняя урожайность зерновых и пропашных культур в этих районах была бы в 2,3 и 2,2 раза больше, соответственно. Как показано выше, сокращение запасов гумуса произошло, главным
х
образом, за счёт динамики процессов гумификации и дегумификации. Следовательно, и снижение урожайности обусловлено, главным образом, по той же причине. Такая плата отрицательного баланса гумуса за прошедшее время.
Тенденции и их опасность. С начала распашки целины до 1970-1980-х годов наблюдались две тенденции: 1) рост урожайности за счёт прогресса технологии производства растениеводческой продукции, связанного, например, с увеличением доз удобрений, с применением средств защиты растений и с использованием более урожайных сортов; 2) деградация почвы, которая, наоборот, вела к снижению урожайности. Так как урожайность возрастала, то эффект прогресса технологии был больше эффекта деградации почвы. Технологические затраты можно условно разделить на две части. Первая часть компенсировала снижение урожайности, обусловленное последствиями деградации. Чем больше почва деградировала, тем больше были затраты для компенсации этих последствий. Вторая часть обеспечивала прирост урожайности (эти затраты также возрастали). Увеличение затрат приводит к повышению цен на растениеводческую продукцию. Эти тенденции наблюдаются и в настоящее время. Очевидно, что они не могут продолжаться бесконечно.
Поскольку почвенные ресурсы не имеют альтернативы, то опасность глобального кризиса обусловлена не только тенденциями сокращения площади пашни и роста численности населения, но и тенденцией ухудшения качества почвы.
Чернозёмы, по сравнению с другими почвами, обладают уникальными свойствами (например, высокое содержание гумуса и большая мощность гумусового горизонта), которые, по сравнению с другими почвами, обеспечивают более высокую урожайность при одинаковой технологии возделывания сельскохозяйственных культур (т.е. при одинаковых затратах). Это означает, что производители, работающие на чернозёмах, имеют конкурентное преимущество перед отечественными и зарубежными производителями, которые работают на более "бедных" почвах.
Например, на неэродированном чернозёме без применения удобрений для озимой пшеницы была получена среднемноголетняя урожайность, равная 29±2 ц/га (Сухановский, Дубовик, Виноградов, 2011). Такая урожайность была получена в многофакторном полевом опыте ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии за 1986 - 2005 годы (Медвенский район Курской области).
По мере деградации чернозёмов (сокращения запасов гумуса) конкурентное преимущество теряется. Для чернозёмов Центрального Черноземья результаты долгосрочного прогнозирования привели к следующему выводу (Сухановский, Санжарова, Прущик, 2011): сокращение почвенных ресурсов происходит относительно медленно, и при современном землепользовании можно практически только существенно замедлить это сокращение.
Ресурсы серых лесных почв находятся в худшем положении по сравнению с чернозёмами (таблица 1, строки 5-6 и 10-11). Во-первых, для неэродированных серых лесных почв мощность гумусового горизонта в 1,5 раза меньше, а запасы гумуса меньше в 1,4 раза по сравнению с неэродированными чернозёмами. Во-вторых, при увеличении степени эродированности различие в запасах гумуса возрастает до 2-х раз для сильно эродированных почв.
Заключение.
1. С позиции производства растениеводческой продукции минимум три параметра оценивают почвенные ресурсы: площадь пашни и мощность гумусового горизонта - количество почвы, а запасы гумуса в слое 0-50
см - её качество. Изменение во времени значений этих параметров оценивает динамику почвенных ресурсов.
2. Уравнение (13) будет справедливым и для других почвенно-климатических условий, если для уравнения (3) будут выполнены два условия: значение коэффициента a можно принять приближённо равным единице и используемые выборки по урожайности и запасам гумуса являются репрезентативными.
3. При определении содержания гумуса в почве сначала определяется содержание органического углерода, которое затем умножается на коэффициент 1,724 (Теория и практика., 2006) . Поэтому выводы, сделанные относительно запасов гумуса с точностью до этого коэффициента, справедливы и для запасов органического углерода в почве.
4. Почвенные ресурсы не имеют альтернативы и, как показали долгосрочные прогнозы, их сокращение происходит относительно медленно, и при современном землепользовании практически можно только существенно замедлить это сокращение. Поэтому необходима государственная стратегия рационального использования оставшихся почвенных ресурсов.
Список использованных источников
1 Адерихин П.Г. Изменение черноземных почв ЦЧО при их использовании в сельском хозяйстве // Черноземы ЦЧО и их плодородие. - М.: Наука, 1964. - С.61-69.
2 Алифанов В.М. Изменение серых лесных почв при сельскохозяйственном использовании // Почвоведение. - 1979.
- № 1. - С.37-47.
3 Афанасьева Е.А. Черноземы Средне-Русской возвышенности. - М.: Наука, 1966. - 224 с.
4 Бахирев Г.И. Закономерности проявления и интенсивность среднемноголетней эрозии почв на пашне в Курской области // Тез. докл. Третьей всесоюзной научн. конф. "Закономерности проявления эрозионных и русловых процессов в различных природных условиях". Москва, 1981. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1981. - С. 22-24.
5 Бахирев Г.И. Способ оценки качества почвы: Пат. 2268461, РФ//Б.И. 2006, № 2.
6 Большая Советская Энциклопедия: Народонаселение /http://bse.sci-lib.com/article080201.htm
7 Википедия: Численность населения мира Жйр://т^Шре^а.о^/шЫ/Численность_населения_мира
8 Глобальный стратегический механизм в области продовольственной безопасности и питания // Комитет по всемирной продовольственной безопасности / Тридцать девятая сессия. Рим, Италия, 15-20 октября 2012 года. / http://www.fao.org/docrep/meeting/026/ME498r.pdf
9 ДЕМОСКОП Weekly, № 371-372, 2009 /http://demoscope.ru/weekly/2009/0371/barom02.php
10 Добровольский Г.В. Педосфера как оболочка высокой концентрации и разнообразия жизни на планете // Почвы в биосфере и жизни человека. - М.: Моск. гос. ун-т леса, 2012.
- С.20-34.
11 Кайгородцев А.А. Глобальная продовольственная проблема // Вестник КАССУ. - 2006. - № 4. - С. 169-175. / http ://www. vestnik-kafu.info/journal/8/306/
12 Кирюхина З.П., Пацукевич З.В. Эрозионная деградация почвенного покрова России // Почвоведение. - 2004. -№ 6. - С. 752-758.
13 Лисецкий Ф.Н. Пространственно-временная организация ландшафтов. - Белгород: Изд-во Белгор. гос. ун-та, 2000. - 304 с.
14 Муха В.Д., Сулима А.Ф., Чаплыгин В.И. Почвы Курской области. - Курск: Изд-во КГСХА, 2006. - 119 с.
15 Народное хозяйство Курской области / Статистические сборники за 1970-1986 гг., Курск.
16 Почвенная карта Курской области. Курск, институт «ЦЧОгипрозем», Курский филиал, 1979.
17 Санжарова, С.И., Сухановский Ю.П., Прущик А.В. Статистический анализ влияния эродированности почвы на урожайность сельскохозяйственных культур // Плодородие. -2009. - № 5. - С. 39-40.
18 Система ведения сельского хозяйства в ЦентральноЧерноземной зоне. Воронеж: Центр.-Черн. кн. изд-во, 1980. -415 с.
19 Система земледелия Курской области. - Курск: Курская правда, 1982. - 204 с.
20 Сухановский Ю. П. , Дубовик Д. В. , Виноградов Д. Ю. Оценка влияния детерминированных и случайных факторов на урожайность зерновых культур // Агрофизика. -2011. - № 4. - С. 10-15.
21 Сухановский Ю. П., Санжарова С. И., Прущик А. В. Модель динамики содержания гумуса в эродированном чернозёме Центрального Черноземья// Агрохимия. - 2011. - № 12. - С. 45-52.
22 Теория и практика химического анализа почв /Под ред. Л.А. Воробьёвой. - М.: ГЕОС, 2006. - 400 с.
23 Экология, охрана окружающей среды и экологическая безопасность / http://www.kchgta.ru/sites/default/files/u10/1. 2.03.pdf
Информация об авторах
Сухановский Юрий Петрович, доктор сельскохозяйственных наук, заведующий лабораторией моделирования эрозионных процессов ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии РАСХН, тел. 8(4712)227905, е-mail: soil-er@kursknet.ru
Прущик Анастасия Викторовна, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник лаборатории моделирования эрозионных процессов ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии РАСХН.
Санжарова Светлана Ивановна, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории моделирования эрозионных процессов ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии РАСХН
