CC BY
17
УДК 631.1:631.459(470.61):633.11
УПРАВЛЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТЬЮ АГРОЛАНДШАФТА В УСЛОВИЯХ ХОЛМИСТОГО РЕЛЬЕФА
© 2010 г. А.В. Мальцев1, А.В. Удалов2, В.П. Калиниченко3
1ООО «Топаз», ул. Мичурина, 1Б, с. Киселево, Красносулинскийрайон, Ростовская область,346371
2ПИЦАХС «Ростовский», п. Рассвет, Аксайский район, Ростовская область, 346735
3Донской государственный аграрный университет, ст. Персиановский, Ростовская область, 346493, [email protected]
'«Topaz» Ltd, Michurin St., 1B, Kiselevo, Krasnosulin District, Rostov Region, 346371
2PIZAHS «Rostovsky», Rassvet, Aksay District, Rostov Region, 346735
3Don State Agrarian University, Persianovsky, Rostov Region, 346493, [email protected]
Изучено изменение чернозема обыкновенного карбонатного среднемощного среднесмытого и пространственной неоднородности структуры почвенного покрова в условиях рекомендованной и экологически скорректированной агрокультуры в отрогах Донецкого кряжа. Экологическая устойчивость чернозема обыкновенного среднемощного среднесмытого карбонатного повышается путем применения адаптированных для расчлененного земельного фонда степной почвенно-климатической зоны технологических
Ключевые слова: биогеосистема, ландшафтные последствия длительной агротехники, экологическая емкость агрофитоценоза, ротационное внутрипочвенное рыхление, превентивное управление агроландшафтом.
Dynamics of properties of chernozem in conditions of conventional and ecology corrected agriculture of Donet's mountain-ridge is revealed. Raise of ecology stability of chernozem by the way of adaptation of technology schemes for the laterally differentiated land fund of steepe zone is proposed.
Keywords: Aernozem, biogeosystem, landscape consequences of long-term agriculture, technology scheme of agrophy-toctnoses, rotary intrasoil loosening, preventive management of landscapes.
Свойства, стабильность, динамика биогеосистем являются фундаментальной проблемой современного естествознания. Фундаментальное и прикладное значение исследования природных и антропогенных факторов устойчивости агроландшафтной системы, структуры почвенного покрова (СПП) обусловлено актуальностью разработки концепции эффективного использования сельскохозяйственных земель на базе представлений о превентивном управлении агро-ландшафтами как биогеоценотическими системами, находящимися в условиях перманентного естественного и антропогенного возмущения [1].
Одной из актуальных проблем корректного управления биогеосистемами является разработка технологий возделывания сельскохозяйственных культур, не допускающих агрогенной деградации почв и почвенного покрова. Наблюдения последних десятилетий в нашей стране и за рубежом показали высокую чувствительность почвенного покрова к антропогенному воздействию. Сложные геоморфологические условия, большей частью сухой континентальный климат, издержки систем ведения сельского хозяйства вызывают существенное усиление факторов деградации почв, усложнение СПП.
В порядке апробации элементов концепции долговременного управления ландшафтной биогеосистемой, поддержанного развития адаптированной агро-
экосистемы в 2002 г. на черноземе обыкновенном среднемощном среднесмытом карбонатном южноевропейской фации степи заложен стационарный агротехнический эксперимент ДГАУ в ЗАО «Топаз» [2].
Целью работы является изучение изменения чернозема обыкновенного карбонатного среднемощного среднесмытого в условиях рекомендованной и экологически скорректированной агрокультуры в отрогах Донецкого кряжа.
Задача исследований - обеспечить почвенно-экологическое обоснование агротехники монокультуры гибрида кукурузы на зерно на основе высокотехнологичных способов механической обработки почвы и химической обработки в агроценозе, применение которых в условиях агроланшафта на расчлененном земельном фонде будет условием поддержанного развития агроэкосистемы и стабильного характера экологических последствий длительной агротехники соответственно пространственно неоднородной СПП.
Схема эксперимента с системой обработки почвы при бессменной культуре кукурузы на зерно следующая:
1) зональная агротехника, контроль (постоянная основная отвальная обработка на глубину 25-28 см, стандартный фон агрохимического обслуживания и применения пестицидов);
2) поверхностная обработка (постоянная мелкая основная обработка почвы на глубину 12-14 см);
3) адаптированная к свойствам ландшафта безотвальная обработка (постоянная основная обработка на основе сплошного щелевания почвы - чизельная обработка почвы на глубину 38-40 см с мульчированием поверхности почвы на глубину 5-6 см).
Регион проведения исследований относится к зоне недостаточного и неустойчивого увлажнения и является территорией рискованного земледелия по количеству влаги как лимитирующему фактору биологической производительности биогеосистемы.
Изучаемые системы основной обработки почвы по-разному влияли на ее свойства.
Плотность почвы (табл. 1) перед посевом кукурузы на зерно в слое 0 - 20 см составляла при постоянной отвальной обработке - 1,06 - 1,09 г/см3, при постоянной чизельной - 1,04 - 1,09, при поверхностной -1,07 - 1,12 г/см3, т.е. фактически выступала функцией системы предпосевной обработки почвы.
В слое 20 - 40 см плотность почвы была значительно выше. Здесь она составляла соответственно 1,33 - 1,37, 1,27 - 1,30 и 1,35 - 1,39 г/см3 (табл. 1), являясь функцией системы основной обработки почвы. Глубокое рыхление почвы чизельным плугом на глубину 38 - 40 см, проводимое под кукурузу на зерно, согласно системе постоянной чизельной обработки почвы, снижает плотность сложения слоя почвы 20 - 40 см до 1,02 - 1,09 г/см3.
Таблица 1
Динамика плотности слоя почвы 0 - 40 см в зависимости от систем основной обработки в посевах кукурузы на зерно, г/см3 (2003 - 2006 гг.)
Год наблюдений Система основной обработки почвы
Отвальная Чизельная Поверхностная
Сроки определения
Посев Уборка Посев Уборка Посев Уборка
2003 1,20 1,34 1,19 1,29 1,22 1,36
2004 1,19 1,37 1,16 1,30 1,25 1,38
2005 1,13 1,32 1,15 1,26 1,16 1,29
2006 1,17 1,35 1,14 1,24 1,16 1,37
Наиболее рыхлое сложение почвы в слое 0 - 40 см отмечено перед уборкой кукурузы на зерно в варианте постоянной чизельной обработки почвы, 1,26 -1,27 г/см3. В вариантах, где под кукурузу на зерно проводилась отвальная обработка на глубину 25-27 см, плотность почвы была перед уборкой культуры на 0,03 - 0,12 г/см3 выше, чем в вариантах с глубокой чизельной обработкой.
Часть территории области, особенно правобережье Дона в отрогах Донецкого кряжа, где расположен производственный стационар ДГАУ в ООО «Топаз», объективно не может быть полностью защищена от эрозионного процесса при сложившейся структуре земельных угодий.
Эта территория расчленена гидрографической сетью, характеризуется большими уклонами поверхности. Необходимы меры реструктуризации земельных угодий. В ином случае возможно продолжение и усиление эрозионного процесса, чрезмерная задержка поверхностного стока на водосборах, увеличение локального переувлажнения земель.
В отношении количественной оценки склонности почвы к дефляции следует отметить, что в настоящее время имеется большое разнообразие методических подходов к оценке этого природного и антропогенного явления. В частности, действует показатель оценки устойчивости почвы к дефляции по наличию в ней фракций агрегатного состава в виде частиц крупнее 1 мм. Этот показатель характеризует состояние поверхности почвы на момент отбора образцов для проведения анализа. В то же время ветроустойчивость может резко меняться после обильного дождя, под воздействием почвообрабатывающих орудий, влиянием ветра и по многим другим причинам, инициирующим очаг эрозии.
Проведены визуальные наблюдения за динамикой комковатости в зависимости от способа обработки путем рендомизированной экспертной оценки комковатости почвы по вариантам опыта по выбранным степеням проявления признака. К полученным данным применена статистическая процедура обработки. Расчет показал, что наибольшая ветроустойчивость была отмечена после чизельной обработки почвы, при которой на поверхности почвы формировались частицы размером более 1,0 мм, за счет уменьшения доли пылевидных частиц. В вариантах с отвальной обработкой и поверхностной почвы не отмечено оптимально стабильного эрозионно-устойчивого состояния почвенного покрова.
Дифференциация структуры почвенного покрова [3] чернозема обыкновенного в агрокультуре обусловливает устойчивость агроландшафта, поскольку имеет место влияние обработки почвы на развитие эрозионных процессов. Один из важнейших агроэко-логических критериев обработки почвы - максимальное предотвращение процессов дефляции и эрозии как масштабных деградационных явлений пространственного перераспределения масс почвы и грунта, дифференциации СПП на мезоуровне (рис. 1, 2).
Рис. 1. Состояние поверхности поля после отвальной обработки чернозема обыкновенного
Наблюдение уровня дефляции и водной эрозии почвы проводилось методом регистрации наличия -отсутствия эрозионных процессов в шести точках на каждом из вариантов опыта (табл. 2, 3).
Рис. 2. Состояние поверхности поля после чизельной обработки чернозема обыкновенного
Таблица 2
Уровень дефляции почвы, баллы
Год исследований Обработка
отвальная чизельная поверхностная
2003 1,0 0,8 0,8
2004 0,7 0,3 0,2
2005 0,9 0,1 0,1
2006 1,0 0,1 0,2
Таблица 3
Уровень водной эрозии почвы, баллы
Год исследований Обработка
отвальная чизельная поверхностная
2003 0,8 0,4 0,7
2004 0,7 0,2 0,4
2005 0,9 0,1 0,4
2006 0,6 0,1 0,3
Применение чизельной обработки в значительной степени способствует снижению дефляционных процессов и водной эрозии. В этом варианте только в 2003 г. было отмечено слабое перемещение почвы под воздействием ветра, в последующие сельскохозяйственные годы ветровой эрозии не наблюдалось.
Водопроницаемость почвы зависит от глубины и способа обработки, содержания в почве влаги.
Визуальные наблюдения показали, что при длительном поступлении влаги в почву в вариантах с отвальной и поверхностной обработкой на поверхности почвы образовывались блюдца воды, что свидетельствует о вероятности дифференциации СПП при применении зональной агротехники в условиях холмистого рельефа. Такие блюдца отсутствовали в варианте с чи-зельной обработкой почвы. Последнее свидетельствует о том, что при продолжительном поступлении осадков в почву в вариантах с отвальной и поверхностной обработкой наступает насыщение поверхностных горизонтов почвы и затруднение проницаемости воды (табл. 4) в нижележащие горизонты почвы, что можно связать с образованием плужной подошвы, препятствующей проникновению влаги в глубь почвы.
В процессе исследования было отмечено, что самая высокая водопроницаемость 1,34-1,64 мм/мин отмечалась в варианте с чизельной обработкой почвы (табл. 2). На участках почвы, где проводилась отвальная обработка, скорость инфильтрации была ниже на 5,1-18,3 %.
Таблица 4
Водопроницаемость почвы под кукурузой на зерно в зависимости от системы основной обработки, мм/мин (среднее за 4 года)
Срок проведения наблюдений Обработка
отвальная чизельная поверхностная
Перед посевом 1,55 1,63 1,27
Перед уборкой 0,73 1,34 0,76
Все вышеизложенное позволяет сделать вывод, что наиболее благоприятное сложение почвы создается при постоянном применении чизельной обработки почвы. При этом, начиная с третьего года после начала применения чизельной обработки почвы, прослеживается тенденция к уменьшению общей плотности почвы в слое 0-40 см, что связано, по-видимому, с изменением агрегатного состава почвы.
Чизельная обработка почвы в совокупности с последующим поверхностным (5-6 см) мульчированием с помощью специального устройства, дискатора, обеспечивает увеличение водопроницаемости почвы к концу сезона по сравнению с другими вариантами опыта.
Предпосевной период у кукурузы более продолжителен, чем у культур раннего срока сева. Специфика погодных условий в зоне недостаточного увлажнения такова, что данный период совпадает с активным нарастанием положительных температур, происходит испарение влаги из почвы, при этом, чем хуже агротехническое управление эвапотранспирацией, тем больше потеря влаги из-под агрофитоценоза.
Временной промежуток, предшествующий севу кукурузы на зерно, в 2005 и 2006 гг. был неблагоприятным по количеству осадков. Запас доступной растениям влаги перед посевом культуры в варианте с чи-зельной обработкой почвы не превышал соответствующие значения контрольного варианта в обрабатываемом (0-30 см) слое (табл. 5). При этом запас влаги в метровом слое был выше во все годы исследования.
Можно отметить тенденцию накопления влаги в глубоких слоях почвы, обработка которой производится чизелем. Уровень урожайности кукурузы находится в прямой зависимости как от исходных запасов влаги в почве к началу посева, так и от осадков за вегетационный период, особенно в критические периоды роста и развития культуры.
В период фазы органогенеза кукурузы «3-5-го настоящего листа» различие в содержании влаги в почве по вариантам несколько ослаблялось. Содержание влаги в обрабатываемом (0-30 см) слое почвы меньше всего различалось по вариантам механической обработки почвы в среднем за 2003-2006 гг. исследований (различие составляет менее 7 мм).
Следует отметить, что в этот период в контрольном варианте отвальной вспашки наблюдается переувлажнение поверхностного слоя почвы по сравнению с вариантом чизелевание. По-видимому, это связано с наличием уплотнения почвы на глубине 28-32 см (плужной подошвой) и затрудненной инфильтрацией влаги в нижележащие горизонты почвы. Существенное различие рассматриваемого критерия водного режима почвы наблюдалось в метровом слое почвы.
Таблица 5
Влияние способов основной обработки на запас доступной влаги в почве под агрофитоценозом кукурузы на зерно, мм
Вариант Посев Фаза 3-5-го настоящего листа Цветение метелки Восковая спелость
0-30 см 1 0-100 см 0-30 см 1 0-100 см 0-30 см 1 0-100 см 0-30 см 1 0-100 см
2003 г.
Отвальная обработка на глубину 25-27 см (контроль) 24,2 118,3 11,5 112,9 23,3 66,5 7,8 44,4
Чизельная обработка почвы на глубину 38-40 см 18,7 126,6 15,3 121,7 21,9 78,2 9,4 57,9
Поверхностная обработка почвы на глубину 12-14 см 19,3 107,8 9,0 98,1 18,6 62,3 6,9 39,8
2004 г.
Отвальная обработка на глубину 25-27 см (контроль) 27,3 122,0 22,5 115,9 10,3 62,5 8,5 39,8
Чизельная обработка почвы на глубину 38-40 см 19,5 129,6 21,3 121,7 14,9 74,0 11,5 56,7
Поверхностная обработка почвы на глубину 12-14 см 20,1 117,4 22,0 105,1 10,6 56,3 7,6 33,6
2005 г.
Отвальная обработка на глубину 25-27 см (контроль) 19,7 107,3: 15,8 92,6 23,6 67,4 15,8 52,6
Чизельная обработка почвы на глубину 38-40 см 17,0 119,4 16,7 111,6 22,8 79,7 16,5 65,1
Поверхностная обработка почвы на глубину 12-14 см 15,4 99,7 12,8 84,7 21,9 55,2 12,0 49,9
2006 г.
Отвальная обработка на глубину 25-27 см (контроль) 21,7 87,2 25,7 93,6 12,9 53,8 9,3 35,6
Чизельная обработка почвы на глубину 38-40 см 18,0 105,4 21,7 111,6 15,7 68,7 10,9 44,4
Поверхностная обработка почвы на глубину 12-14 см 16,9 79,3 19,3 87,7 9,6 42,3 5,7 31,6
В вариантах с чизельной обработкой почвы содержание влаги превышало значение на контроле в среднем на 13,7 мм доступной влаги. В варианте с использованием поверхностной обработки почвы отмечено низкое содержание влаги. В рассматриваемый период органогенеза растения кукурузы не испытывают острой потребности во влаге с точки зрения нормального протекания вегетации, но увеличение размера запаса влаги положительно сказывается на формировании урожая.
Период цветения метелки совпадает с началом критического периода развития кукурузы, и расход влаги повышается до 48,9 % от общего расхода за вегетацию. В данный период отмечено резкое снижение запаса доступной влаги в обрабатываемом слое почвы как по чизельной обработке, так и поверхностной и в контрольном варианте.
Содержание доступной влаги в слое почвы 0 -100 см также различалось. Минимальный запас влаги отмечен в варианте с поверхностной обработкой (42,3 - 55,2 мм). Несколько выше (на 11,5 - 12,2 мм) содержание влаги было в вариантах с отвальной обработкой почвы, а наибольшее количество влаги было отмечено в варианте с чизельной обработкой почвы (74,0 - 79,7 мм).
В предуборочный период, когда кукуруза потребляет до 22 % влаги от общего ее потребления, запасы доступной влаги по вариантам опыта минимизировались. В 2003, 2004 и 2006 гг. наблюдалось иссушение верхнего (0 - 30 см) слоя почвы по всем вариантам опыта, а также снижение запаса влаги в метровом слое почвы до 60 - 70 мм, что связано, вероятно, с ее
активным потреблением в критический период роста культуры при недостатке осадков. Несколько больше содержание влаги в метровом слое почвы в варианте чизелевания объяснимо, по-видимому, инфильтрацией ее в нижележащие слои почвы, в то время как в вариантах с вспашкой и поверхностной обработкой влага аккумулировалась в верхних, более плотных слоях почв. Наибольшее содержание влаги в предуборочный период отмечено в 2005 г., что было обусловлено осадками, носившими ливневый характер. Количество осадков превысило среднее многолетнее в такой период в 2 раза.
Агротехническое и биогеосистемное преимущество чизельной обработки почвы в накоплении влаги по отношению к другим изученным вариантам сохранялось с момента посева культуры вплоть до ее уборки, что сказалось на урожайности кукурузы на зерно (табл. 6).
Таблица 6
Урожайность кукурузы на зерно на фоне различной обработки почвы (2003-2006 гг.)
Годы исследований Обработка
отвальная чизельная поверхностная
2003 72,4 77,5 69,1
2004 91,3 104,9 85,5
2005 106,1 111,2 89,2
2006 53,8 68,3 48,4
Средняя 80,9 90,5 73,1
Дифференциация СПП чернозема обыкновенного в агрокультуре как фактор устойчивости агроланд-шафта имеет место на мезоуровне в результате лате-
рального транспорта твердой фазы почвы в процессе эрозии и дефляции. За период исследований при систематической отвальной обработке уровень дефляции почвы составил 0,7 - 1,0 балла, уровень водной эрозии почвы - 0,6 - 0,9 балла, при поверхностной обработке оба вида эрозии проявлялись меньше, а при чизельной обработке их уровень был минимальным: дефляция снизился с 0,8 балла в 2003 г. до 0,1 в 2006 г., водная эрозия почвы сократилась соответственно с 0,4 до 0,1 балла.
Из вышеизложенного следует, что экологическая устойчивость чернозема обыкновенного среднемощ-ного среднесмытого карбонатного в агрокультуре существенно повышается путем корректного непротиворечивого управления этим сложным объектом путем применения адаптированной технологической системы и новых решений машин для условий расчлененного земельного фонда степной почвенно-климатической зоны Ростовской области. Экосистема
Поступила в редакцию_
соответствует представлениям об устойчивом управлении почвенным покровом и обеспечивающих рациональный режим использования земель, решение как природоохранных, так и хозяйственно-экономических задач.
Литература
1. Мальцев А.В., Калиниченко В.П., Филоненко В.Н. Аг-роландшафтное обоснование агротехники на расчлененном земельном фонде // Эволюция и деградация почвенного покрова : материалы 2-й Междунар. науч. конф. Ставрополь, 2002. Т. 1. С. 316-319.
2. Мальцев А.В. Агроландшафтное обоснование агротехники на черноземе обыкновенном в отрогах Донецкого кряжа : автореф. дис. ... канд. биол. наук. Ростов н/Д, 2008. 24 с.
3. Калиниченко В.П. Природные и антропогенные факторы происхождения и эволюции структуры почвенного покрова. М., 2003. 376 с.
19 января 2010 г
