CC BY
23
ВЛИЯНИЕ АГРОЛАНДШАФТНЫХ УСЛОВИЙ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ ЛЬНА-ДОЛГУНЦА
Н.Г. КОВАЛЕВ, академик Россельхозакадемии Д.А. ИВАНОВ, доктор сельскохозяйственных наук ВНИИМЗ
На современном этапе развития нашей страны наиболее актуальны технологии выращивания сельскохозяйственных культур, которые в полной мере учитывают разнообразие ландшафтных условий. Такой подход позволяет не только снижать экологические риски эксплуатации агрогеосистем, но и, используя «силы природы», существенно повысить рентабельность производства.
Многолетними исследованиями ученых ВНИИМЗ показано, что основной методологический прием учета влияния ландшафтных условий на сельскохозяйственное производство — изучение адаптивных реакций растений, выражающихся через множество проявлений, основное из которых продуктивность, на изменения параметров природной среды.
Влияние ландшафтной среды на урожайность сельскохозяйственных культур изучается различными способами, но главный из них — построение разнообразных математических моделей ее формирования в различных условиях. Агроэкологические подходы ВНИИМЗ базируются на принципе «иерархической парадигмы», вытекающем из постулата о том, что на продукционный процесс растений влияют ландшафтные условия не только конкретного поля, но и более крупных агрогеосистем, к которым оно относится.
Для построения математической модели формирования урожайности культуры в конкретных ландшафтных условиях, необходимо изучить ее адаптивные реакции в пределах крупной территории. Это позволяет установить общие закономерности и самые глобальные факторы, определяющие продуктивность растений.
Совокупность факторов, подвергшихся статистическому изучению, при разработке регрессионной модели, характеризующей влияние агроландшафтной среды Тверской области на урожайность льно-солом-ки, состоит из групп агроклиматических, оролитоген-ных, агроландшафтно-структурных и почвенно-агро-
Таблица 1. Факторы, достоверно влияющие на продуктивность льна-долгунца в пределах Тверской области
Сила Опти- Критиче-
Фактор влияния, мальные ские зна-
% значения чения
Среднемного-
летняя темпе-
ратура июля - 3,4 - 17,0...17,5
Среднемного-
летняя темпе-
ратура января 9,9 <-10° -
Средний размер
контура угодья 3,4 7,5...15,0 га -
Содержание
гумуса в почве 1,6 >1,9 -
химических показателей. В процессе регрессионного моделирования мы установили те из них, которые достоверно воздействуют на продуктивность льна-долгунца в пределах всей области (табл. 1). В сумме эти факторы определяют около 18 % пространственной вариабельности урожайности льно-соломки. Незначительная представительность модели объясняется, во-первых, большой пестротой и разбросом агроэко-логических параметров в пределах области, а во-вто-рых, отсутствием данных по засоренности полей и заболеванию посевов, от которых, по-видимому, во многом зависит величина продуктивности.
Наибольшее влияние на урожайность культуры оказывает средняя температура января, оптимальное значение которой находится ниже -10°. По всей видимости промерзание почвы способствует улучшению фитосанитарного состояния посевов в местах с более суровой зимой. Существенно воздействует на продуктивность льна и величина среднемноглетних температур июля. Критические значения этого показателя, при которых отмечается урожайность ниже средней по области, расположены в интервале от 17,0° до 17,5°, Этот факт также можно объяснить активизацией вредителей и болезней в местах, где летние температуры находятся в указанном диапазоне.
Продуктивность изучаемой культуры зависит и от средних размеров контура угодья в хозяйствах. Оптимальная его величина, соответствующая максимальной урожайности — 7,5. ..15 га. По-видимому, на полях площадью меньше 7,5 га невозможно в полной мере осуществить все мероприятия интенсивной технологии выращивания льна, к тому же он испытывает здесь усиленное давление сорняков из близлежащих экотонов. В случае же когда размер поля превышает 15 га, наблюдается значительное усиление деградационных процессов (эрозии, дефляции, вторичного заболачивания и т.д.), что приводит к снижению урожаев, несмотря на применение интенсивной технологии.
В пределах области наблюдается незначительное, но достоверное влияние на продуктивность льна содержания гумуса. Ее максимум наблюдается в местах, где средняя гумусированность почвы превышает 1,9%.
Несмотря на то, что модель характеризует менее 1/5 вариабельности урожайностильна, ареалы, с оптимальными значениями факторов, достоверно влияющих на ее величину занимают более 80% территории области. Лишь на крайнем северо-западе они практически полностью отсутствуют. То есть производство льна здесь менее рентабельно и требует большего набора приспособительных мероприятий, чем в других районах.
Самые значительные площади занимают территории, подходящие по агроклиматическим параметрам. Причем, если зоны, благоприятные по летним температурам, располагаются достаточно равномерно, то наиболее суровые зимы наблюдаются в центре и на
востоке области. На территориях, где температуры июля не оптимальны для выращивания льна, необходимо адаптивно размещать его посевы в более теплых местоположениях, либо обращать повышенное внимание на фитосанитарную обстановку. Там, где слишком мягкие зимы, посевы желательно располагать на полях с наименьшим снежным покровом, а также усилить меры по борьбе с вредителями, болезнями и сорняками. Большинство территорий оптимальных одновременно по зимним и летним температурам, находится в центре, на востоке и северо-востоке области. Центральная ее часть характеризуется также наличием мест, оптимальных по трем параметрам, что создает благоприятные условия для выращивания льна.
Для более подробного анализа влияния агроланд-шафтной среды на условия произрастания льна, необходимо изучать его адаптивные реакции на условия конкретных агрогеосистем. Исходя из данных физи-ко-географического районирования России, можно сказать, что на территории Тверской области можно выделить четыре ландшафтных провинции (агроэко-логических раздела), различающихся по генезису литогенной основы, агроклиматическим и агропроизвод-ственным свойствам. Регрессионные модели, характеризующие адаптивные реакции льна для их условий, отличаются большей представительностью, чем ранее приведенные построения, вследствие меньшего разброса в их пределах параметров изучаемых факторов.
Наиболее представительная регрессионная модель получена для Верхневолжского агроэкологического раздела (АР) южной тайги, расположенного в северо-восточной части области. Эта агрогеосистема характеризуется преобладанием волнистых и увалистых равнин на покровных и моренных суглинках. Климат здесь наиболее континентален. На долю неучтенных факторов приходится 42,4% вариабельности урожайности. Сильнее всего на продуктивность льна в этой ландшафтной провинции влияют среднемноголетняя сумма осадков и содержание фосфора в почве.
На юго-востоке области, (Верхневолжский АР смешанных лесов), доминируют песчаные плоские заболоченные равнины. Больше половины вариабельности урожайности льна в этих условиях не поддается объяснению в рамках разработанной модели, однако содержание гумуса в почве, сроки поспевания почв и температура января оказывают на нее достоверное влияние.
Валдайский АР смешанных лесов, занимающий северо-запад области, в котором преобладают крупнохолмистые конечно-моренные гряды на валунных суглинках, отличается тем, что существенный вклад в формирование продуктивности льна в его пределах вносят содержание фосфора в почвах, сумма осадков, теплообеспеченность почв и температура января.
В Смоленско-Московском АР, (центр и юго-запад области), превалируют волнистые морено-эрозионные равнины на покровных суглинках. Регрессионная модель объясняет здесь только около 20% вариабельности урожайности. Основной фактор — содержание фосфора в почве.
Используя параметры регрессионных моделей, рассчитанных для области в целом и по агроэколо-гическим разделам, можно разработать региональные системы возделывания льна в пределах конкретных АР. По сути, это пакет управленческих решений по адаптации зональных приемов его выращивания к конкретным макроландшафтным условиям. Совокупность таких систем для многих культур образует региональную систему земледелия (РСЗ), которая может стать существенным подспорьем для планирования мероприятий по адаптации АПК.
Для перехода к уровню реальных хозяйств, необходимо изучить адаптивные реакции растений в отдельных типах агроландшафтов, которые присутствуют во всех агроэкологических разделах. Так, в крупнохолмистых и морено-грядовых агроландшафтах Тверской области, урожайность культуры сильно зависит от степени заболоченности угодий и пашни, доли сенокосов и соотношения луга и пашни (табл. 2). В пределах моренных и морено-эрозионных равнин на лен большей степени влияют кислотность почвенного раствора и степень распаханнос-ти. В группе «полесских» агроландшафтов, в которую входят зандровые, зандрово-аллювиальные, озерно-ледниковые и морено-озерно-ледниковые равнины, продуктивность культуры во многом обусловлена совокупностью факторов их структурной организации, а также содержанием калия в почве.
Таблица 2. Факторы, влияющие на продуктивность льна-долгунца в различных мезоагрогеосистемах на территории Тверской области
Агрогео- система Номе ра факторов*
1 2 3 4 5 6 7 | 8 9 10
Крупнохолмистые равнины Валдайские гряды Моренные равнины 10,0
Зандровые
равнины 31,0
Озерноледниковые равнины Морено-озерноледниковые равнины Зандрово-аллювиальные
равнины 15,0 5,3
5,5 5,6 15,0
24,5
14,0
15,0
5,3
14,2
9,0 9,0 9,2
5,4 15,0
*Факторы: 1 — содержание калия в пахотных горизонтах, мг/100г; 2 — содержание фосфора в пахотных горизонтах, мг/100г; 3 — средний размер контура угодий, га; 4—заболоченность сельскохозяйственных угодий, %; 5 — заболоченность пашен, %; б — доля пашни в хозяйстве, %; 7 — доля сенокосов в хозяйстве, %; 8—доля несельскохозяйственных территорий в хозяйстве, %; 9 — доля лугов в хозяйстве, %; 10 — соотношение луга и пашни.
Рассмотрим конкретный способ перехода от РСЗ, к условиям реальных хозяйств на примере Калининского района. Все разнообразие типов агроландшафтов, слагающих территорию этой административной единицы, можно объединить в три группы - «полесские», «крупнохолмистые» и «переходные». Совмещение параметров РСЗ Верхневолжского АР смешанных лесов, в котором находится Калининский район, и результатов изучения адаптивных реакций растений в каждом типе агроландшафтов, позволяет определить параметры адаптивно-ландшафтных систем земледелия (АПСЗ), которые максимально соответствуют природным условиям зон, выделенных в пределах района.
Таблица 3. Факторы, влияющие на продуктивность льна-долгунца, в различных мезоагрогеосистемах на территории Тверской области
Параметры ландшафтной среды Группы агроландшафтов
полес- ские крупно- холми- стые перехо дные
Средняя площадь хо- 6913 5623 5257
зяйств, га
Доля несельскохозяй- 47,8 49,8 52,9
ственных угодий, %
Доля пашни, % 31,9 36,8 37,1
Доля сенокосов, % 4,7 3,1 4,0
Доля пастбищ, % 11,2 9,9 11,8
pH Апах 5,9 5,8 5,6
Содержание калия в 9,7 9,2 9,7
Апах мг/100г
Содержание фосфора в 17,3 16,2 19,1
Апах мг/100г
Зная расположение хозяйств, можно распределить их по типам агроландшафтов, а проведя анализ параметров ландшафтной среды и структурной организации предприятий, выявить отличительные особенности типов (табл.З). Так, средняя площадь хозяйства в Калаиниском районе снижается от «полесских» к «переходным» ландшафтам, при одновременном увеличении доли сельскохозяйственных угодий и пашни. Это говорит о более благоприятных условиях ведения аграрного производства в зоне, где «полесские» ландшафты перемежаются с «крупнохолмистыми».
Хозяйства, специализирующиеся на выращивании льна, лучше всего располагать во второй и третьей зонах, тогда как в пределах «крупнохолмистых» агроландшафтов складываются более сложные климатические и почвенно-агрохимические условия для его произрастания (табл. 4).
Адаптация технологии возделывания культур в пределах конкретного хозяйства может осуществляться различными способами, основной из которых — разработка адаптивно-ландшафтной системы земледелия. Существует два пути ее выполнения: метод, предложенный академиком В.И. Кирюшиным, заключающийся в выделении территориально-экологических ниш в пределах угодий предприятия на основе ландшафтного картирования и выявления для каждой из них оптимального набора культур путем программирования урожаев, а также метод экстраполяции результатов исследования адаптивных реакций растений на агроэкологическом стационаре в соответствующие условия хозяйства.
Для реализации последнего метода мы провели опыт с возделыванием льна-долгунца на стационаре ВНИИМЗ, заложенном в 1996 г. Изучение адаптивных реакций культуры осуществлялось на агроэколо-гических трансектах — узких полях длиной 1300 м, пересекающих, в виде физико-географических профилей, все основные агромикроландшафты (АМЛ) конечно-моренного холма: транзитно-аккумулятивные меж-холмных депрессий и нижних частей склонов, транзитные центральных частей склонов, транзитно-элюви-альные верхних частей склонов и элювиально-аккумулятивные плоской вершины. Трансекты состоят из параллельных полос, занятых одной культурой. В пределах каждой из них технологические воздействия были однотипными. Во время эксперимента удобрения не вносили. Измерения проводились в точках опробования, регулярно расположенных вдоль трансекты на расстоянии 40 м одна от другой. На основе полученных данных определялись среднемноголетние параметры урожайности льно-соломки и семян, технической длины стебля, засоренности и зараженности посевов, а также энергетические и экономические параметры производства льна для каждого АМЛ.
Таблица 4. Основные черты АЛСЗ агропроизводственных зон Калининского района Тверской области
Зона Пло- щадь % Типы агроландшафтов Базовые модели АЛСЗ Оптимальная специализация Направление трансформации
соотношения угодий преобладающие севообороты мероприятий комплексной мелиорации
1 19.5 Полес- Земли малопригодные для сельскохозяйственных целей. Возможно использование в целях
ские лесного хозяйства, туризма и рекреации.
2 30.6 Полес- Полесская Льноводство Перевод малопродук- Отведение лучших Выборочное осуше-
ские и мясомо- тивной пашни в сено- земель под зерно- ние, внесение органи-
лочное жи- косы травянольняные ки, планировка микро-
вотноводство севообороты рельефа
3 25.1 Пере- Полесская Мясомолоч- Перевод малопродук- Преобладание пло- Выборочное осуше-
ходные + крупно- ное живот- тивной пашни в сено- досменных сево- ние, культуртехника,
холмистая новодство и косы, залесение отда- оборотов с элемен- известкование
льноводство ленных массивов тами биологизации
4 24.0 Крупно- Крупно- Мясомолоч- Перевод малопродук- Преобладание пло- Выборочное осуше-
холми- холмистая ное живот- тивной пашни в сено- досменных и зерно- ние, противоэрозион-
стые новодство косы, залесение отда- травяных ные мероприятия,
ленных массивов севооборотов. культуртехника
Результаты регрессионного моделирования продукционного процесса льна-долгунца (табл. 5) показывают, что в пределах всего агроландшафта конечно-моренного холма на выход льно-соломки с 1 га, в основном влияли плотность почвы и содержание в ней гумуса. Прямая корреляция между продуктивностью культуры и концентрацией гумуса в почве свидетельствует о необходимости внесения, для получения высоких урожаев, больших доз органических удобрений. Обратно пропорциональная зависимость урожайности от плотности почвы говорит о том, что для льна предпочтительнее легкие почвы. На северном склоне, в условиях господства маломощных двучленных
Таблица 5. Факторы, определяющие пространственную вариабельность продуктивности льна-долгунца в пределах агроэкологического стационара, %
Весь ста- Склон
ционар северный южный
Факторы сила влия- ния функ- ция сила влия- ния функ- ция сила влия- ния функ- ция
Плотность 22,3 - 20,0 Кр 1,15
сложения Апах г/см3
Содержание 26,7 +
гумуса В Апах Содержание 33,3 +
калия В Апах
Относительная 20,0 Кр 18 м
высота
отложений, обнаружена прямая связь сбора льно-со-ломки с единицы площади и содержания калия в пахотных горизонтах, что позволяет сделать вывод о влиянии глубины залегания морены на продуктивность культуры. На южном склоне, сложенном менее плодородными песчаными отложениями, наблюдается зависимость урожайности от плотности почв и относительной высоты местности. Влияние последнего фактора объясняется увеличением вероятности гидротермических стрессов для растений при подъеме от транзитно-аккумулятивного АМЛ к транзитному, со средней высотой 18 м, расположенному в середине склона. В точках опробования, выше этой отметки (верхняя часть склона и вершина) растения менее подвержены заморозкам и кратковременным засухам, что способствует увеличению их урожайности.
При переходе от подножья южного склона к вершине происходит уменьшение мощности песчаных отложений и увеличение плотности Ашх. В транзитном АМЛ она равна 1,15 г/см3. Это позволяет сделать вывод, что плотность почв здесь не играет существенной роли, а ведущее значение для формирования урожайности льна имеют гидротермические факторы.
Установлено, что на южных склонах конечно-мо-ренных холмов посевы льна характеризуются повышенной продуктивностью льно-соломки и большей технической длиной стебля, чем вершины. Наиболее низкая величина этих показателей зафиксирована на северных склонах. Это можно объяснить менее благоприятным для культуры водно-воздушным режимом почвы, а также худшими гидротермическими услови-
ями. Максимальная продуктивность семян отмечается в пределах транзитно-аккумулятивных АМЛ обеих экспозиций, что позволяет сделать вывод о влиянии, прежде всего, геохимических условий на репродуктивные функции льна. Надо отметить, что самое хорошее для произрастания культуры, местоположение в пределах конечно-моренного холма — нижняя часть южных склонов (транзитно-аккумулятивные ландшафты), где в условиях господства мощных песчано-супесчаных отложений для нее складываются наиболее приемлемые агроклиматические, водно-физические и геохимические условия.
Степень засоренности и пораженносги посевов болезнями определялась в среднем по АМЛ, поэтому такие данные не вошли в регрессионные модели. Однако, анализ пространственного колебания засоренности свидетельствует, что ее влияние на урожайность весьма велико. Южные склоны холма характеризуются меньшей засоренностью, чем северные, причем на юге в посевах малолетние сорняки преобладают, а на севере они присутствуют наравне с многолетними. Вероятно, такое положение связано с тем, что малолетние сорняки на песчаных отложениях в условиях частых гидротермических стрессов более конкурентоспособны, чем многолетние.
Посевы льна-долгунца в пределах стационара больше всего страдали от антракноза. Заметно ниже степень их пораженное™ бактериозом, и еще слабее — фузариоз-ным увяданием. Антракноз и бактериоз сильнее представлены на южном склоне, в то время как от фузариозного увядания в большей степени пострадали растения на северной стороне холма. Такое распределение объясняется лучшим развитием антракноза и бактериоза в более сухих и теплых местах агроландшафта, где наблюдаются резкие перепады суточных температур, тогда как для фузариозного побурения, как и всех корневых гнилей, предпочтительнее заболоченные, кислые почвы.
Наибольшая энергетическая эффективность производства, рассчитанная, как отношение полученной с урожаем валовой энергии к затраченной, зафиксирована в транзитно-аккумулятивном АМЛ южного склона, а наименьшая — в транзите на этой же стороне холма, где наблюдается также и самая высокая энергоемкость производства. Подобная ситуация связана с меньшей урожайностью культуры, незначительной длиной гона и большой крутизной склона.
Вследствие снижения выхода льно-соломки с 1 га, наблюдается уменьшение, в пределах изучаемого агроландшафта при движении с юга на север, ресурсо-емкости производства, как в человеко-часах, так и по затратам ГСМ. В этом же направлении понижается и значение условно чистого дохода.
Сравнение характера изменения в пространстве продуктивное™ культур плодосменного севооборота приводит к выводу, что в конечно-моренных ландшафтах наиболее целесообразно расположение севооборотов со льном в нижних частях склонов южной экспозиции при внесении там больших доз органики и применении пестицидов. По нашим данным, подобные территории занимают 5... 10 % площади упомянутых агролавдшафтов.
