CC BY
35
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
УДК 621.6:631.445.53./571.1 Л.В. Березин
РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ ОСНОВ ЛАНДШАФТНО-МЕЛИОРАТИВНОЙ СИСТЕМЫ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ к 50-летию лаборатории рационального использования почв
Результаты 50-летних исследований проблемной лаборатории при кафедре почвоведения по изучению путей мелиорации в неорошаемых условиях и спектрального состава материалов дистанционного зондирования Земли являются обоснованием ландшафтно-мелиоративной системы земледелия (ЛМСЗ).
Ключевые слова: методология исследований, системы земледелия, гипсование солонцов, космические снимки, почвенное дешифрирование.
В середине XX в., как и перед ВОВ, Правительством СССР в целях решения продовольственной проблемы малозатратными экстенсивными методами было принято решение о широкомасштабном освоении в 1954-1960 гг. целинных и залежных земель. Через 10 лет проявилась четкая тенденция уменьшения производства зерна вследствие неуклонного снижения урожайности в районах освоения Целины. Если в 1955-1960 гг. средняя урожайность зерновых в Западной Сибири была 9,7 ц/га, то в 1961-1965 гг. она оказалась всего 6,6 ц/га -на уровне начала Столыпинских реформ.
Для подготовки к использованию интенсивных методов химизации и мелиорации Мин-сельхозом СССР в Омском сельскохозяйственном институте в 1964 г. была создана бюджетная проблемная лаборатория по агротехнической и химической мелиорации солонцовых почв под руководством крупнейших почвоведов Сибири - А.П. Горшенина и Н.Д. Градобоева.
В 90-х годах она была переведена на самофинансирование, а в 2007 г. преобразована в учебно-научную лабораторию рационального использования почв без какого-либо штата с упразднением должности научного руководителя. Эти перемены, безусловно, отражаются на результативности исследований последних лет и могут стать значительным тормозом уже в ближайшие годы.
Важнейшим фактором недостаточно эффективного земледелия в нашей стране является преобладание в пашне почв пониженного плодородия. Плодородные почвы черноземного ряда занимают лишь третью часть пахотного фонда РФ - около 40 млн га, в том числе в Западной Сибири - 25%, а в Омской области - менее 8%. В то же время используемые в пашне черноземные почвы в комплексе с низкоплодородными солонцовыми почвами, нуждающимися в мелиоративных мероприятиях, составляют соответственно около 20, 29 и 72%. Кроме того, в мелиоративный фонд пахотных земель необходимо включать почвы деградированных экосистем, а также переувлажненные и маломощные, легко самоуплотняющиеся почвы нечерноземной зоны.
© Березин Л.В., 2014
Поскольку в России преобладает неорошаемое земледелие, главной задачей специалистов хозяйств РФ в XXI в. стала разработка экономически и экологически оправданной комплексной мелиорации как необходимого и базового элемента ландшафтно-мелиоративной системы земледелия (ЛМСЗ). Она предусматривает дифференциацию технологии возделывания культур с учетом особенностей ландшафтных комплексов в первую очередь за счет устранения лимитирующих факторов продуктивности полей, совершенствования системы основной обработки и других элементов агротехнологии зерновых культур в направлении увеличения мощности корневой системы растений и корнеобитаемого слоя почв.
В основу совершенствования методологии комплексной мелиорации почв низкого плодородия был положен принцип земледелия, обоснованный еще философами Древнего Рима Л. Колумеллой и М. Варроном, которые в своих трактатах «Сельское хозяйство» указывали на необходимость дифференцированного использования «жирных» и «тощих» земель, не допуская забрасывания последних, рекомендуя использовать бобовые культуры для их мелиорации путем сидерации.
В целях совершенствования методологии разработки современных ландшафтно-экологической (Каштанов и др., 1994) и адаптивно-ладшафтной (В.И. Кирюшин, 1996) систем земледелия, которые практически не предусматривают на неорошаемой пашне мелиоративных мероприятий, была использована методология планирования и проведения научных исследований методом категориально-системного мышления, разработанным профессором ОмГАУ В.И. Разумовым (2004). В частности, метод категориальных рядов неопределенности маятникового типа на этапе разработки методологии комплексной мелиорации позволил А.М. Гиндемит (Семененко) (2010) исследовать процесс реставрации солонцеватости мелиорированных почв. Этот же принцип был успешно применен О.С. Сергеевой (2008) для обоснования патента на новую технологию применения органических удобрений на основе определения содержания гумуса по снимкам космических аппаратов среднего разрешения. Развивая данный путь методологии научного исследования, М.А. Шаяхметов (2013) доказал возможность разработки ландшафтно-мелиоративной системы земледелия на основе синтезирования принципов двух альтернативных систем земледелия, обоснованных А.Н. Каштановым и В.И. Кирюшиным. Предложенные им алгоритм и блок-схема получили одобрение в Почвенном институте им. В.В. Докучаева - головном научном учреждении страны.
Подводя итоги полувековой экспериментальной работы лаборатории, следует, во-первых, отметить, что уникальная по глубине и длительности исследований технология гипсования солонцовых почв подтверждена практическим и достаточно эффективным внедрением на площади 270 тыс. га (75% почв Омской области, нуждающихся в первоочередной мелиорации).
На основании стационарных наблюдений в разных районах области была установлена длительность положительного влияния химической мелиорации в течение 35 лет, тогда как ранее рекомендовалось проводить повторное гипсование через 8-10 лет. При этом уже к 1973 г. сотрудниками лаборатории Л.В. Березиным, В.Е. Кушнаренко, З.И. Воропаевой и Р.Д. Зубаревой под руководством Н.Д. Градобоева и А.С. Мигуцкого была разработана оригинальная технология выборочного поконтурного гипсования комплексных массивов, которую можно считать одним из первых в мире вариантов так называемого «точного земледелия» Precision agriculture. Эти разработки были отмечены медалями Всесоюзной выставки народного хозяйства в 1973 г., а в 2008 г. дополнительно ряд НИИ и вузов страны, включая ОмГАУ, были награждены бронзовой медалью выставки за разработку технологии применения фосфогипса.
Эти исследования, проведенные с 1967 по 2005 г., доказали реальную возможность и целесообразность химической мелиорации полугидроморфных и большей части гидроморф-ных солонцовых почв Сибири, хотя во многих рекомендациях до последнего времени указано, что такие солонцы гипсовать нельзя во избежание вторичного засоления.
Однако до последнего времени ряд ученых рекомендует все почвы низкого плодородия вывести из пашни. Это воспринимается руководством многих стран как научное обоснование сокращения пахотных земель для поддержания высоких цен на сельскохозяйственную продукцию. В результате на фоне растущего народонаселения планеты только за последние 20 лет посевная площадь в России (как в Японии, США, Германии и др.) сократилась со 120 до 80 млн га, что существенно больше площади освоения целинных и залежных земель, которое осуществлялось в 1936-1940 и в 1954-1960 гг. в России и Казахстане, вместе взятых. Процесс сокращения используемых земель может продолжаться, т.к. относительно плодородные почвы в России занимают менее 50% пашни. Но это приведет к полному краху продовольственной безопасности страны.
Другой путь исследований коллектива направлен на совершенствование агротехнических методов мелиорации малоплодородных почв с неглубоким пахотным горизонтом. На основании результатов многочисленных опытов, начатых в 1951-1953 гг. А.С. Мигуцким в ОмГАУ и А.Н. Каштановым в СибНИИСХе и продолженных до 2010 г. под руководством Л.В. Березина Омским экспериментальным заводом Россельхозакадемии в 2005 г. было создано принципиально новое почвообрабатывающее комбинированное орудие - глубокорыхлитель РН-4, который с 2009 г. включен в список «100 лучших товаров России» (рис. 1). Имея ширину рабочего захвата 4,3 м против 2,8 м у серийного плуга, он обеспечивает глубину рыхления почвы до 30-35 см. Благодаря этому орудию был разработан новый способ мелиоративной обработки почв, новизна которого подтверждена Патентом РФ, полученным ОмГАУ в 2010 г.
Рис. 1. Чизельный комбинированный глубокорыхлитель РН-4
Данный способ отличается тем, что на фоне безотвальной системы обработки полей одновременно с проведением глубокого рыхления вносятся в подпахотный слой выращенные в парах и измельченные сидеральные культуры или послеуборочные остатки. Они, обогащая подпахотный биологически неактивный слой органическим веществом, стимулируют развитие полезной почвенной микрофлоры и углубление корневой системы растений, бла-
годаря чему повышается их урожайность. Вследствие медленного постепенного разложения органических веществ в разрыхленном обработкой подпахотном слое обеспечивается длительное положительное последействие, поэтому в последующие два года можно вместо вспашки применять мелкую плоскорезную обработку. Трехлетние испытания в ОПХ «Боевое» на площади 3000 га показали, что, при суммарных затратах в размере 1,2 млн руб. на приобретение техники, эксплуатационные расходы и проведение научных исследований, условно чистый доход составил за период 2008-2010 гг. 6,12 млн руб. С учетом двухлетнего последействия глубокого рыхления и внесенного органического вещества новый способ обработки почвы обеспечил повышение производительности тракторного парка на 20%, снижение расхода горючего на 17%, получение прибавки урожая зерна в среднем 0,4 ц/га.
По расчетам отдела экономики СибНИИСХа наиболее отзывчива на глубокое рыхление (27-30 см) пшеница. По этому фону получены более высокая урожайность, индекс прибыли и окупаемость затрат, ниже себестоимость продукции. На ячмене также глубокое рыхление эффективнее, чем на других фонах с одинаковой урожайностью, так как себестоимость зерна ниже, а окупаемость затрат выше (Кошелев, 2003, с. 221).
В целях сочетания агротехнического и химического методов мелиорации данных почв совместно с сотрудниками отдела механизации СибНИИСХа в 2011 г. была разработана рабочая модель модернизованного глубокорыхлителя (рис. 2). Университет получил очередной патент РФ.
Рис. 2. Рабочая модель модернизованного комбинированного глубокорыхлителя для внесения в подпахотный слой гранулированных удобрений и мелиорантов
В последние 4 года в лаборатории совместно с рядом институтов Академии наук РФ и СибНИИСХом проводятся исследования, на базе которых разработаны теоретические основы инновационной экологически безопасной технологии химической мелиорации почв путем применения химически инертных гранулированных пористых сорбентов. Осенью 2013 г. и на эту разработку получен патент РФ.
В качестве таких веществ в условиях Омской области и Северного Казахстана могут использоваться специально подготовленная измельченная горная порода шунгитового типа или еще более дешевые золошлаковые материалы - продукты сжигания каменного угля. Вследствие ограниченных финансовых возможностей в 2011-2013 гг. в данном направлении проведены лишь микрополевые и лабораторные исследования. Но благодаря договору о творческом содружестве со специалистами Омска и Москвы в области агрохимии, экологии, микробиологии и химии органических соединений, есть уверенность в успешной разработке и этого инновационного направления в почвоведении и мелиорации почв.
Третье инновационное направление исследований лаборатории связано с тем, что в 2000 г. в России была упразднена почвенная служба, а ранее составляемые почвенные карты
хозяйств имеют нормативный срок соответствия условиям производства не более 15 лет. В результате агрономы не имеют достоверной оценки качества почвенного покрова, а земельное налогообложение базируется на материалах обследования земель, проведенного до 1990 г. Работа молодых почвоведов в направлении корректировки устаревающих почвенных карт и создания новых картограмм, которые отражают детальное состояние почвенного покрова и позволяют внедрять в производство Precision agriculture, была начата в 2004 г. совместно с Западно-Сибирским филиалом «Госземкадстрсъемка». Для разработки методики почвенного дешифрирования филиал безвозмездно передал в лабораторию мультиспек-тральные снимки лесостепной и степной зон Ишим-Иртышского междуречья, полученные космическим аппаратом (КА) США Landsat-7 среднего разрешения (15-30 м в пикселе), и обеспечил первое совместное обследование почв по южной границе Омской области в пределах Одесского района. Оно подтвердило обоснованность рабочей гипотезы о целесообразности применения для оценки качества почвенного покрова равнинных регионов не радарных, а мультиспектральных снимков КА.
Впоследствии для обеспечения дисциплины «Инновационные технологии в почвоведении и агрохимии» университетом были приобретены наиболее современный лицензированный программный комплекс ENVI, разработанный в США, и два снимка КА ALOS (Япония, с разрешением 10 м). Их использование на примере ОПХ «Омское» позволило определить путь основного оригинального направления разрабатываемой методики.
После доклада первых результатов этих исследований на V Юбилейной международной конференции «Космическая съемка - на пике высоких технологий» предложенная нами методика была бесплатно опубликована в англо-русском журнале Geomatics (2011, № 2, рр. 90-91). На следующий год на этом международном форуме, в работе которого принимают участие производители космических аппаратов и программных комплексов различных стран, после нашего сообщения о новых подходах университет получил право на бесплатное получение снимка любого (на выбор) государства. Мы получили снимок высокого разрешения КА Германии RapidEye (5 м). С его помощью М.А. Ли, М.Р. Шаяхметов и А.М. Гинде-мит провели почвенное картирование полей крестьянско-фермерских хозяйств в Марьянов-ском районе Омской области на площади 17 000 га. В результате на очередном Форуме 2013 г. «Интеграция геопространства - будущее информационных технологий» университет и авторы разработки получили диплом и приз за «Лучшее интеграционное решение с применением геопространственных данных», и вновь была в 2013 г. внеочередная бесплатная публикация в указанном выше международном журнале.
После оформления новой заявки на предполагаемое изобретение молодые ученые М. Шаяхметов, М. Балуков, И. Дубровин и др. смогут сделать сообщение о способе оценки по космическим снимкам степени влияния энергии солнечной радиации на формирование почвенного гумуса и других почвообразовательных процессов, а также на энергию развития агроценозов. Эта весьма оригинальная фундаментальная разработка, имеющая в то же время важное практическое значение, проводится в лаборатории без привлечения коллег из других научных учреждений, но ее внедрение будет осуществляться подразделениями агрохимической службы страны.
При всех трудностях, связанных с отсутствием какого-либо финансирования и штатных сотрудников лаборатории, удается проводить весьма перспективные исследования. Это, очевидно, связано с тем, что все молодые исследователи не ограничиваются изучением узкоспециальной литературы и освоением методики эксперимента.
С первых шагов в аспирантуре и магистратуре перед ними ставятся задачи провести углубленный анализ методологии решения той или иной проблемы и найти свое место, обосновать свой вклад в совершенствование методологии решения почвенных, экологических и земледельческих проблем. Этот принцип - не бояться нарушить научные аксиомы, вечные истины и утвержденные методики исследований-помогает решать любые проблемы,
которые сегодня ставит общество перед Наукой. Сотрудники одной из старейших кафедр университета свято чтут этот принцип, завещанный создателями агропочвоведения Сибири -Константином Павловичем Горшениным (в 2013 г. был его 125-летний юбилей) и Николаем Дмитриевичем Градобоевым, который родился в 1913 г. и начал свои исследования плодородия почв Сибири 75 лет назад.
50-летие лаборатории «рационального использования почв» - значительная веха в истории агропочвоведения Сибири. Научные основы разработанной сотрудниками лаборатории ландшафтно-мелиоративной системы земледелия позволяют не лечить нарушения экологически сбалансированной окружающей среды, а предупреждать саму возможность их возникновения при осуществлении мелиоративных мероприятий, т.е. существенных, длительных по последствию результатов использования приемов повышения продуктивности земель сельскохозяйственного назначения.
SUMMARY
L. V. Berezin
Development of scientific bases of landscape reclamation arable farming system Devoted to 50th anniversary of soil management
The results of 50 year research of Soil Science Department laboratory are given in this article. Study of reclamation ways of rainfed conditions and study of spectral composition of remote sensing materials validate landscape reclamation arable farming system.
Keywords: methodology of researches, agriculture systems, plastering of solonetzic soils, space pictures, soil deshifrirovaniye.
УДК 631.58 Б.Р. Ирмулатов
ПОЧВОЗАЩИТНАЯ СИСТЕМА ЗЕМЛЕДЕЛИЯ В ПАВЛОДАРСКОМ ПРИИРТЫШЬЕ
На основе проведенных экспериментальных работ и полученных результатов даны рекомендации по совершенствованию почвозащитной системы земледелия с учетом сложившихся новых социально-экономических, эколого-климатических условии в Павлодарской области.
Ключевые слова: ветровая эрозия, технологии, удобрения, углеотходы, сорта.
Поднятие целины в истории развития земледелия Павлодарского Прииртышья занимает особое место и стало основным импульсом в становлении аграрной науки в регионе. Распашка огромных площадей малопродуктивных супесчаных и песчаных почв, площадь которых в Павлодарской области насчитывается свыше 2,7 млн га, в т.ч. пахотнопригодных свыше 1,5 млн га, сплошными массивами с применением обычной обработки почвы с оборотом пласта, при которой стерня как защитное средство верхнего слоя почвы уничтожалась, привела к вспышке пыльных бурь, охвативших в годы поднятия целины миллионы гектаров пашни. Всего в области в 1954-1960 гг. было распахано 3498 тыс. га целинных и залежных земель [1]. В 1956 г. была организована Павлодарская областная государственная сельскохозяйственная опытная станция (ныне - Павлодарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства), основным направлением деятельности которой было решение вопросов,
© Ирмулатов Б.Р., 2014
