CC BY
24
УДК 631.1:631.459(470.61):633.11
УПРАВЛЕНИЕ ПЛОДОРОДИЕМ ПОЧВ ЮЖНОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО ОКРУГА РОССИИ. Ч. 2
© 2005 г. В.Н. Василенко, В.Е. Зинченко, В.П. Калиниченко
Resumption of reclamation of solonets soils by means of plough rotor implement with active milling pole is proposed. Cyclical nature reclamation and soil-melioration agrarian technique is proposed. Melioration after-effect period is up to 30 years.
Состояние земельного фонда ЮФО РФ с точки зрения сельскохозяйственного использования следует рассматривать в двух аспектах [1]. Первый вариант оценки ситуации - валовые показатели и тенденции.
В последние годы земельный фонд рассматривают исходя из пересмотра площади пашни, казавшейся ранее неизменной. Несколько лет назад предложены два этапа экстенсивной оптимизации агро-ландшафтов, которая рекомендуется путем трансформации пахотных земель в менее ценные угодья на площади 580,3 тыс. га. На первом этапе предлагается оптимизация соотношения сельскохозяйственных угодий путем трансформации низкопродуктивных земель в менее ценные угодья, мелиоративный фонд и др., вывод из сельскохозяйственного использования деградированных почв, увеличение доли угодий, стабилизирующих среду сельскохозяйственного производства. На втором этапе рекомендуется установление рационального соотношения пашни, естественных кормовых угодий, лесокультур и территорий под водой (ЮжНИИГИПроЗем). Такие рекомендации дают основание рассматривать скорость вывода земель из сельскохозяйственного оборота в размере 100-150 тыс. га в год только по Ростовской области. Следовательно, при имеющейся в области площади пашни около 6,5 млн га за 50 лет складывающейся динамики земельного фонда из агрокультуры будут выведены все земли Ростовской области.
Применение фосфогипса на расширяющихся в темпе 100-150 тыс. га в год площадях маргинальных земель является мерой государственной необходимости, которая позволит стабилизировать земельный фонд и обеспечить продовольственную безопасность.
Второй вариант оценки ситуации - рассмотрение состояния земельного фонда ЮФО РФ с точки зрения гомеостаза. Гомеостаз - это наиболее общие признаки биогеосистемы, знание которых позволяет описать ее поведение на достаточно значительном промежутке времени. Применение этого фундаментального понятия способствует выработке адекватной позиции управления биогеосистемой в терминах Sustainable Development (поддержанное развитие, имеет хождение неверный перевод «устойчивое развитие»).
Такой подход к управлению значительно сложнее, чем, например, травопольная система земледелия, усиленно культивируемая сейчас под названием «элементы ландшафтной системы земледелия». Однако только применение представлений о гомео-
стазе почвенных биогеоценотических систем ЮФО РФ позволяет констатировать, что текущая практика использования земельного фонда не рассматривает превентивный аспект управления и в принципе неверно предусматривает только эпизодические меры преодоления последствий игнорирования концепции Sustainable Development, что является причиной фрагментарного понимания ландшафтной системы земледелия.
Образцом результата некорректного подхода к землепользованию являются бесплодные коры выветривания - почвы вообще не имеющие свойства плодородия, которые, например, описал профессор В. И. Тюльпанов на Кубе. Подобная перспектива является серьезным основанием к тому, чтобы управление плодородием рассматривать как систематический элемент поддержанного развития РФ в целом.
В агрокультуре сложился гомеостаз почвенных систем, сущность которого следует из воздействия только на верхний слой почвы 0-20 см механической обработкой и удобрением, причем актуальная агрохимическая практика с глубинами больше 20 см в принципе не оперирует [2]. Следует рассматривать новый гомеостаз антропогенной биогеоценотиче-ской ландшафтной системы, инициируемый применением агромелиоративной технологии, базирующейся на циклической глубокой роторной обработке почвы с одновременным внесением на глубину 2050 см фосфогипса в целях стабилизации агрофизических свойств иллювиального горизонта почвы и создания буфера минерального питания растений. С точки зрения агромелиоративного гомеостаза черноземных и каштановых почв, достигается новый уровень плодородия почв, экспертная оценка которого составляет 1,4-1,7 имеющегося. Как только агрокультура становится значимым фактором экосистемы, режим веществ в почве изменяется. Если обеспечена высокая скорость начального этапа нового гомеостаза, то будет иметь место ускоренный синтез свежего органического вещества в почве, высокая степень агротехнической турбации горизонтов и слоев почвы, стабильность искусственного каркаса почвенного профиля при актуальном соотношении региональных и агрогенных факторов его устойчивости. Из рассмотрения гомеостаза почвы в терминах поддержанного развития почвы в агрокультуре следует констатировать, что в настоящее время экономические соображения ближайшей перспективы, принятые при оценке затрат на агротехнику, ее экстенсивную ландшафтную адаптацию, являются поводом неправомерного отказа от перспективных
решений. Характеристика антропогенно преобразованной почвы требует рабочей гипотеза экспертной процедуры оценки квазистационарного последействия циклической агрокультуры в течение 30 и более лет. Адаптация агротехники состоит в поиске чувствительных критериев, объективно отражающих многолетнюю агротехническую перспективу земель путем быстрого формирования гомеостаза высокого уровня агрокультуры и плодородия, как это следует из принципа адаптации агроэкосистемы согласно представлениям об устойчивости почв к естественным и антропогенным воздействиям и поддержанном развитии агроэкосистемы.
В ЮФО РФ имеет место возрастающая необходимость использования фосфогипса в агрокультуре.
Очевидно, что гомеостаз почвенных систем ЮФО РФ необходимо рассматривать в терминах постоянной государственной программы агромелиоративного сопровождения земельного фонда в целях превентивного преодоления прироста площади маргинальных почв на период 100 и более лет с обязательным привлечением средств госбюджета. Объем работ на постоянной основе при цикличности один раз в 10 лет составляет по ЮФО РФ порядка 1 млн га. В объемах фосфогипса это составляет до 20 млн т/год. Будет достигнута стабилизация плодородия земельного фонда ЮФО РФ, преодолена тенденция прироста площади маргинальных почв, сокращены площади земель в агрокультуре, увеличены площади земель под заповедное и рекреационное использование и одновременно ликвидирован крупнейший источник загрязнения окружающей среды.
Почвы ЮФО РФ могут принять весь объем производства фосфогипса. В течение 10-20 лет путем применения повышенных экологически обоснованных доз внесения фосфогипса имеется возможность утилизировать весь фосфогипс с действующих полигонов хранения.
В дальнейшем производство удобрений и утилизация и сельскохозяйственное использование фос-фогипса будет единым технологическим процессом.
В ближайшей перспективе может быть реализован теоретический задел, позволяющий разработать технологии утилизации других загрязнений, являющихся отходами химического производства, на базе ландшафтной адаптации технологии агромелиора-тивно-агрохимического рециклинга для индивидуальных региональных условий повышения плодородия почв субъектов ЮФО РФ.
Предварительная оценка масштабов эколого-агромелиоративной программы утилизации фосфо-гипса только по Ростовской области следующая. В области около двух миллионов гектаров каштановых почв, которые характеризуются солонцовыми свойствами. Необходимо вносить дозу фосфогипса 10 т/га один раз в десять лет. Возможный объем утилизации фосфогипса составляет 2 млн т/год. Аналогичные меры могут быть осуществлены в отношении черноземов, которые находятся на стадии деградации в результате неблагоприятных антропогенных следствий агрокультуры. В наличии более 1 млн га черноземных почв, имеющих слабую щелоч-
ную реакцию, в начальной стадии солонцеватость черноземов будет ликвидирована применением фосфогипса. Необходимо вносить дозу фосфогипса 7 т/га один раз в десять лет. Возможный объем утилизации фосфогипса составляет как минимум 1 млн т/год.
Особо следует отметить, что в отсутствие превентивного принципа коррекции агротехники агро-экосистемы приобрели отрицательные тенденции, которые не только не корректируются, но даже не отслеживаются.
Это наиболее ярко можно продемонстрировать на примере так называемых мочаристых почв. В настоящее время они получили распространение в ЮФО РФ. Их происхождение связано с климатическими, региональными условиями и во многом обусловлено гидрологическими и гидрогеологическими причинами, инициированными современной агротехникой, которая даже на уровне постановки задачи не рассматривает латеральный аспект агроланд-шафтных систем, не принимает во внимание дифференциацию СПП, которая приводит к тому, что появляются локальные участки переувлажнения черноземов. Положительная обратная связь в такой аг-роэкосистеме приводит к тому, что переувлажнение почвы, однажды возникнув, нарастает лавинообразно. Площадь переувлажненных земель увеличивается как в абсолютном выражении, так и особенно в числе и разнообразии проявления отрицательных свойств участков переувлаженения. Мочары наносят агроэкосистеме прямой ущерб, что выражается в снижении урожайности с части площади, и опосредованный ущерб в виде мелкоконтурности угодий, что резко снижает эргономичность использования земель. Разработана математическая модель формирования комплекса мочаристых почв и технология их реабилитации, важной составляющей которой является внесение в почву фосфогипса в дозе до 15 т/га. Экспертная оценка площади мочаристых почв, на которой возможно применение технологии реабилитации мочаров: Ростовская область - 300-600 тыс. га; Краснодарский край - 400-600; Ставропольский край - 300-500; другие субъекты ЮФО РФ -300-500 тыс. га.
Слитые, слабощелочные, солонцовые, деградированные и другие маргинальные почвы распространены в ЮФО, причем площади земель с такими почвами возрастают ввиду природных причин, некорректной агрокультуры, отсутствия мер превентивной почвенной мелиорации. В Краснодарском и Ставропольском краях, Волгоградской области объемы применения фосфогипса можно оценить на том же уровне, что в Ростовской области. По основным субъектам ЮФО всего 9 млн т/год.
Эффект прецедента инновации в рециклинг (экспертная оценка приоритета отечественной технологии в нескольких смежных отраслях хозяйства) - 50 млрд р.
Устойчивость агроландшафтной системы следует рассматривать при использовании различных почвообрабатывающих орудий и почвообрабатывающих посевных комплексов. В целях адаптации агротехники следует использовать научный экс-
пертный подход к выбору инновации в агрокультуру. Это позволит принять превентивные меры, которые позволят оптимизировать процедуру инновации в плодородие почв и избежать ошибок выбора почвообрабатывающих устройств, разработанных для других условий, применение которых на ненадлежащих почвенных ландшафтных объектах приводит к некорректной ландшафтно-необоснованной агрокультуре, не учитывает комплексности почвенного покрова. Происходит снижение урожайности, снижение рентабельности сельскохозяйственного производства, обусловливается тенденция деградации пространственного почвенного покрова, причем переуплотнение происходит преимущественно на солонцах, которые бесструктурны и переуплотняются как по этой причине, так и потому, что занимают повышения микрорельефа и подвергаются избыточному давлению почвообрабатывающих посевных орудий с широким захватом и жесткой в поперечном направлении конструкцией.
Поэтому значима не только плотность почвы, но и степень, и характер упаковки структурных от-дельностей почвы при обработке. Если почва имеет признаки солонцового педогенеза, то ее структурное состояние характеризуется большим количеством «псевдоагрегатов». Формальный размер таких агрегатов немного отличается от рекомендаций для генетических типов почв с образцовой структурой. Однако для корневой системы они являются непреодолимым препятствием, или для проникновения в них растение тратит дополнительную энергию, что приводит к недостаточному его развитию, худшему формированию репродуктивных органов, снижается урожайность. Различие плотности незначительно, а различие условий развития растения существенно. Поэтому плотность почвы при оценке агротехнических свойств почвообрабатывающих посевных орудий и комплексов необходимо дополнять экспертной оценкой степени и характера их воздействия на почву, исходя из ее генезиса и истории агротехники.
В результате можно показать, что экспертная система оценки почвообрабатывающих орудий должна регламентировать внедрение орудий не только на основе положительных результатов их использования в других почвенных условиях, но базироваться на прогнозе поведения актуальной агробиогеоценотической системы под воздействием таких орудий. Для этого предстоит разработать чувствительные критерии оценки, поскольку общепринятые плотность, агрегатный состав, структура почвы не позволяют объяснить причину снижения урожайности при применении ряда зарубежных устройств для обработки почвы, усиленно пропагандируемых на юге России.
Проблема ухудшения свойств почв, плужной подошвы приобретает значение даже при использовании черноземов Краснодарского края. Недавно считалось, что эти почвы имеют неисчерпаемый ресурс плодородия, а в настоящее время проводится кампания применения орудий для глубокого рыхления почв. Чизелевание является заимствованием агротехники маршевых почв Северного побережья Европы, которые не являются близким аналогом почв
ЮФО. В результате через некоторое время будет установлена недостаточная эффективность зарубежных орудий для глубокого рыхления, а время на разработку и применение адаптированной отечественной природоохранной мелиоративной технологии утилизации загрязнения и повышения плодородия почв будет упущено.
Для управления плодородием почв в длительном последействии почвенно-мелиоративной агротехники создано роторное орудие с активной фрезерной стойкой для мелиоративной обработки солонцовой почвы . Иллювиальное устройство является признаком многих почв в агрокультуре - от светло-каштановых до черноземов. Поэтому меры преодоления локальной высокой плотности и водоупорности нижних слоев почвы актуально для ЮФО в целом.
Мелиорация солонцовых почв является важной составной частью комплекса мероприятий повышения плодородия почв. Основным вариантом освоения солонцов является агробиологический метод, главное звено которого - глубокая ярусная обработка. Мелиоративная обработка таких почв в прошлом выполнялась преимущественно трехъярусными плугами ПТН-40 и др.
Трехъярусная вспашка не обеспечивает качественного перемешивания солонцового и карбонатного горизонтов, способствует утрачиванию значительной части верхнего наиболее плодородного над-солонцового горизонта, который в значительной части перераспределяется вниз по профилю почвы в процессе технологических операций оборачивания и перемешивания обрабатываемых пластов.
В 70-х гг. XX в. была разработана технологическая и конструктивная схема нового роторного мелиоративного орудия для обработки солонцовых почв, сконструирована серия мелиоративных плугов ПМС-70, ПМС-100, ФС-1,3, сочетающих безотвальную обработку верхнего гумуса слоя с фрезерной обработкой солонцового и подсолонцового горизонтов. Опытные образцы орудий прошли производственные испытания в юго-восточных районах Ростовской области. Принципиальная особенность конструктивной схемы состоит в наличии активного рабочего органа, с помощью которого обеспечивается ротационное крошение и перемешивание солонцового и карбонатного горизонтов, на поверхности сохраняется перегнойно-элювиальный слой почвы. С использованием орудий были заложены поч-венно-мелиоративные стационары.
Проведенные в 2003 г. полевые исследования на опытном стационарном участке позволяют утверждать, что улучшение водно-физических и физико-химических свойств солонцов и зональной каштановой почвы после применения указанных орудий оказывает продолжительное положительное влияние на урожайность сельскохозяйственных культур
[3].
Срок последействия обработки солонцовых почв, например, орудием ПМС-70 составил более 30 лет, что недостижимо для орудий с пассивными рабочими органами, причем прибавка урожайности в на-
стоящее время составляет свыше 50 % по сравнению с зональной агротехникой.
Можно констатировать, что в 30-летнем последействии мелиоративной обработки солонцовых почв орудием с активным рабочим органом имеет место новый гомеостаз антропогенной биогеоцено-тической ландшафтной системы [1], инициируемый применением фрезерной обработки солонцов. Состояние солонцовых почв при их природном режиме является не только результатом равновесия процессов синтеза и уноса, а признаком генезиса, следствием условий сохранения солонцовых свойств в последействии мелиорации. Это обусловлено синтезом свежего органического вещества в почве, степенью мелиоративной турбации горизонтов, стабильностью искусственного каркаса почвенного профиля при актуальном соотношении региональных и агро-генных факторов его устойчивости.
Как только агрокультура становится значимым фактором экосистемы, режим веществ в почве изменяется. Из приведенного анализа следует процедура рассмотрения гомеостаза солонцовой почвы в терминах поддержанного развития почвы в агрокультуре. Следует констатировать, что общепринятая в настоящее время характеристика антропогенно преобразованной почвы содержанием гумуса, влажностью и другими показателями текущего режима не дает ответа на вопрос о квазистационарном характере последействия мелиорации в последействии 30 и более лет. Согласно действующим критериям, можно констатировать, что имеется некоторая тенденция снижения мелиоративных признаков почвы. Данные рассмотренного полевого опыта позволяют сформулировать рабочую гипотезу экспертной процедуры оценки степени адаптации мелиоративной технологии солонцов, суть которой, по нашему мнению, состоит в поиске чувствительных критериев, объективно отражающих многолетнюю агротехническую перспективу этих объектов, особо консервативных в силу относительно низкого присутствия воды как агента скорости трансформации природно-антропогенных процессов [1]. К числу таких критериев принадлежит и подход к расчету экономических показателей. Очевидно, что экономические соображения ближайшей перспективы, принятые при оценке затрат на агротехнику, в случае мелиорации солонцовых почв являются поводом неправомерного отказа от перспективных решений. В частности, практика проектирования предусматривает норматив последействия трехъярусной вспашки 10 лет. По этой причине относительно дешевое орудие ПТН-40 получило распространение в период интереса к мелиорации солонцов, а орудие ПМС-70 так и не пошло в производство. Тем не менее срок последействия более 30 лет, который недостижим для орудий с пассивными рабочими органами, является объективным критерием возобновления работ по мелиорации солонцовых почв с применением орудий с активными рабочими органами. Такая рекомендация следует из принципа адаптации агроэко-системы согласно представлениям об устойчивости почв к естественным и антропогенным воздействиям, поддержанном развитии агроэкосистемы [4].
В порядке возобновления мелиорации солонцовых почв с применением орудий с активными рабочими органами разработано новое почвенно-мелиоративное орудие «Ротационный рыхлитель подгумусного слоя почвы» [5]. Принципиально новый тип привода рабочего органа представляет собой активную фрезерную стойку, что позволяет снизить тяговое сопротивление, повысить качество обработки, резко повысить надежность привода и всего устройства. Новое решение орудия состоит в использовании ротационного щелевателя, который одновременно выполняет роль привода подгумусно-го фрезерователя. Орудие не имеет частей, которые бы пассивно протаскивались сквозь почву, в результате чего резко снижается тяговое сопротивление.
Для случая мелиорации солонцовых почв технологический процесс обеспечивает перемешивание солонцового и подсолонцового горизонтов почвы.
Для случая старопахотных черноземов, слитых почв и других объектов, природа которые природно или антропогенно обусловлена генетически и агротехнически значимым резким различием свойств слоев или горизонтов почвы на глубине 20-30 см, предлагаемое устройство является агентом реорганизации почвенного профиля, углубления корне-обитаемого слоя почвы, создания предпосылок адаптации агротехники к свойствам агроландшафт-ной системы. Разрушатся плужная подошва.
Предложена агромелиоративная адаптация ландшафта путем роторной обработки солонцового слоя, плужной подошвы. Разработан принципиально новый привод рабочего органа роторного почвообрабатывающего орудия - активная фрезерная стойка, что исключает пассивный процесс механической обработки почвы.
В случае применения предлагаемого устройства агроландшафтная система получает адаптационные возможности совершенно нового уровня. Стартовые предпосылки адаптации принципиально отличаются от предлагаемых в настоящее время медленных аг-рофитоценотических мер адаптации. В последнем случае агроэкосистема может не достичь регионально обусловленного продукционного максимума агротехники, например, ввиду того, что конечный срок культуры многолетних трав окажется меньше срока отклика агроэкоситемы на фитомелиорацию. В результате агрофизические параметры почвы, полученные на завершающей стадии травяного фитоценоза, не достигнут состояния искомого гомеостаза продукционного максимума, а фитоценоз последующей культуры не будет развиваться в заявленном адаптированном ландшафту режиме по тривиальной причине отсутствия реальных предпосылок адаптации.
Перспектива применения орудия состоит в том, что технологический процесс подпокровного фрезерования почвы может быть совмещен с технологическим процессом внесения химического мелиоранта. Для случая мелиорантов, содержащих загрязняющие вещества, в частности, фосфогипса, эта перспектива означает снятие проблемы загрязнения окружающей среды и верхних слоев почвы. В связи с этим следует отметить, что агромелиоративное
применение фосфогипса одновременно обеспечит природоохранный эффект. Обстоятельством природоохранного содержания предлагаемых мер является автоморфный водный режим большинства солонцовых почв. По этой причине вносимые в них субстанции локализуются на глубине векового проникновения влаги в почву - 50-80 см. Следовательно, мелиоративная агротехника не только обеспечит повышение плодородия почв, но решит задачу вывода загрязнения из биосферы, обеспечит консервацию загрязнения.
Предложенное решение обеспечит быстрое кардинальное рассредоточение и пассивирование загрязнения, что сведет к минимуму уровень опасности воздействия фосфогипса и содержащихся в нем веществ на окружающую среду. Солонцовые почвы являются неограниченным резервом агротехнически и экологически обоснованной утилизации фосфо-гипса.
Циклическая агротехника (цикл 20-30 лет) обеспечивает периодическое воссоздание стартовых условий ландшафтной адаптации агробиогеосистемы на основе сочетания зональной агротехники и превентивного удобрительного мелиоративного рецик-линга фосфогипса в слое почвы 30-50 см в технологическом процессе роторного мелиоративного орудия с активной фрезерной стойкой.
Применение ротационного рыхлителя позволяет реализовать агротехнику рециклинга кислого фос-фогипса методом рассредоточения в автоморфных почвах с одновременным внесением жидкого навоза. Обеспечивается химическая мелиорация, повышается плодородие почвы, исключается потеря питательных веществ, достигается природоохранный эффект безопасной консервации загрязнения. Снижается вероятность солонцового педогенеза в при-
родных и антропогенных почвах, увеличивается доступность микро- и макроэлементов растениям, улучшается использование органических удобрений, исключается воздействие кислой среды фосфо-гипса на ранних стадиях органогенеза культурных растений. Экспертная система ландшафтной адаптации циклической агротехники позволяет создать стартовые условия агробиогеосистемы на основе сочетания зональной агротехники и периодической превентивной химической удобрительной агромелиорации с применением роторного мелиоративного рыхлителя. Повышения урожайности зерновых культур в среднем за цикл - 30 -70 %.
Разработанные в ЮФО методы аэрокосмического мониторинга являются условием объективного количественного учета нового гомеостаза биогеоценоти-ческих систем в генеральной совокупности ландшафтов.
Литература
1. Калиниченко В.П. Природные и антропогенные факторы происхождения и эволюции структуры почвенного покрова. М., 2003.
2. Имгрунт И.И. // Научная мысль Кавказа. Приложение. 2003. №11. С. 35-36.
3. Морковской Н.А., Зинченко В.Е., Черненко В.В. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. Спецвыпуск. 2003. С. 140-145.
4. Панов Н.П., Мамонтов В.Г. Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям: // Тез. докл. Всеросс. конф. 24-25 апреля 2002 г., Москва. М., 2002.
5. Ротационный рыхлитель подгумусного слоя почвы. МПК Кл. А01В 31/02. Заявка №2004111564. Приоритет от 16.04.04. Положительное решение Роспатента от 20.05.04.
Министерство сельского хозяйства и продовольствия Ростовской области, Донской государственный аграрный университет
Институт плодородия почв юга России_25 января 2005 г
