Table Of ContentМинистерство сельского хозяйства Российской Федерации
ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный
университет имени императора Петра I»
100-летию
агрономического факультета Воронежского
государственного аграрного университета
имени императора Петра I
и 130- летию выхода в свет монографии В.В. Докучаева
«Русский Чернозем» посвящается
Мониторинг
изменчивости производительной способности
черноземных почв
Из цикла «Судьба Русского Чернозема»
Монография
Часть III
Выпуск 1
Воронеж
2012
Печатается по решению научно-технического совета
Воронежского государственного аграрного университета
УДК 631.452:631.445.4
ББК 40.3
М77
Рецензенты:
А.Ю. Черемисинов, доктор сельскохозяйственных наук,
профессор (Воронежский ГАУ)
Я.П. Панков, доктор сельскохозяйственных наук,
профессор (Воронежская ГЛТА)
Авторы:
Воронин В.И., Дедов А.В., Блеканов Д.Н., Глушков И.А., Лотова Т.А.,
Драчев Н.А
М77 Мониторинг изменчивости производительной способности черноземных
почв: монография. – Часть III. – Вып.1 / В.И. Воронин, А.В. Дедов, Д.Н.
Блеканов, И.А Глушков, Т.А. Лотова, Н.А. Драчев. – Воронеж: ФГБОУ
ВПО Воронежский ГАУ, 2012. – 251 с.
ISBN 978 -5 -7267- 0640 - 5
Рассмотрены стратегические и тактические подходы к механизму пони-
мания изменчивости 20-элементного состава производительной способности
черноземных почв с учетом набора возделываемых культур, их биомассы и
потребности каждого органа полевой культуры, действия того или иного аг-
ротехнического приема на фоне внесения минеральных и органических удоб-
рений.
Данная монография является продолжением цикла »Судьба Русского чер-
нозема» и ранее изданных материалов комплексной экспедиции 1978-1979
гг. (прошедшей по следам первого территориального контроля почв России,
осуществленного В.В. Докучаевым в 1878-1879 гг.).
Она включает в себя очередные материалы, полученные на базе алгоритмов и
программ в текущих опытах и стационарах разной продолжительности Ставро-
польского, Донского НИИСХ, Ставропольского СХИ (ныне ГАУ), Воронежского
ГАУ имени императора Петра 1 и других организаций.
Монография рассчитана на специалистов службы земельного кадастра,
охраны окружающей среды, почвоведов, агрохимиков, экологов, студентов,
преподавателей, аспирантов и сотрудников аграрных вузов.
Предлагаемая работа является попыткой авторов показать основопола-
гающие причины снижения производительной способности черноземных
почв и наметить стратегические и тактические подходы по выявлению нега-
тивных агропроявлений. и возможной нейтрализации
Табл. 215. Ил.144. Библиогр.: 50 назв.
ISBN 978 -5 -7267- 0640 - 5
© Воронин В.И., Дедов А.В., Блеканов Д.Н., ., Глушков И.А., Лотова Т.А.,
Драчев Н.А., 2012
© ФГБОУ ВПО « Воронежский государственный аграрный университет
имени императора Петра I», 2012
2
Оглавление
Введение………………………………………………………………………. 5
Раздел 1. Методологические основы выявления изменений элементного
состава производительных сил черноземных почв………………………… 7
1.1. Методологические основы выявления изменения элементного со-
става черноземных почв при проявлении в них снижения производи-
тельных сил…………………………………………………………………… 7
1.2. Современное состояние производительных сил черноземных почв,
(биофильных и других элементов) на полях получения продукции …….. 23
Раздел 2. Состояние черноземных почв при их хозяйственном использо-
вании………………………………………………………………………….. 26
2.1. Некоторые основы снижения текущей производительности черно-
земных почв, вызывающие амплитудность уровня урожайности культур
в севообороте ………………………………………………………………… 26
2.2. Основные условия, вызывающие изменения в производительной
способности черноземных почв…………………………………………….. 28
2.3. Периодичность учета состояния агроплодородности……………… 31
2.4. Особенности учета изменяющихся стадий агроплодородности
почвы………………………………………………………………………….. 32
2.5. Основа преобразования систем элементов почвы ………………….. 33
2.6. Алгоритм определения изменения агроплодородности чернозем-
ных почв в севообороте……………………………………………………… 34
Раздел 3. Проведение мониторинга по выявлению изменения произво-
дительной способности черноземных почв……………………………….. 36
3.1. Выявление факторов, влияющих на изменение урожая основных
сельскохозяйственных культур……………………………………………… 36
3.1.1. Данные по изменчивости кислотности почвы…………………… 41
3.1.2. Использование фактических посевных площадей для проведе-
ния расчетов………………………………………………..………………… 42
3.2. Оценка состояния сформированной биомассы по органам культу-
ры, звена и севооборота……………………………………………………… 46
3.3. Определение элементного состава в органах полевых культур в се-
вообороте……………………………………………………………………… 72
3.3.1. Определение элементного состава органов культур по
величине сформированной ими биомассы………………………………… 72
3.3.2. Определение среднего содержания элементов в органах куль-
тур севооборота с использованием уравнений регрессии и программ
(Медир.exe и МММ. exe» …………………………………………………… 95
3.3.3. Изменчивость содержания зольных и других биогенных эле-
ментов в органах озимой пшеницы…………………………………………. 108
3.3.4. Зависимость уровня урожайности и элементного состава орга-
нов возделываемых культур в севообороте от действия минеральных
(азотных, фосфорных, калийных) и органических удобрений…………… 137
3
3.3.4.1. Зависимость уровня урожайности и элементного состава
органов озимой пшеницы в севообороте от действия удобрений………… 137
3.3.4.2. Зависимость уровня урожайности подсолнечника за 13 лет
(1980-1992гг.) в севообороте от влияния удобрений……………………… 153
3.3.4.2.1. Содержание зольного и биофильного состава органов
подсолнечника………………………………………………………………… 169
3.3.4.2.2. Влияние звена севооборота и удобрений на зольный
состав органов подсолнечника …………………………………………….. 179
3.3.4.3. Зависимость уровня урожайности кукурузы на силос в се-
вооборотах за 13 лет от влияния удобрений……………………………… 183
3.3.4.4. Зависимость уровня урожайности сахарной свеклы за 13 лет
от действия удобрений ……………………………………………………… 199
3.3.5. Виды компенсации (восстановление) элементов в почве после
их использования культурой севооборота………………………………… 215
3.3.5.1. Компенсация элементов при обычной технологии ………… 215
3.3.5.2. Ежегодная компенсация элементов в севообороте корневы-
ми и пожнивными остатками культур и сопутствующими сорняками…. 220
3.3.5.3. Компенсация зольных элементов для ячменя в звене сево-
оборота………………………………………………………………………… 235
Список литературы…………………………………………………………… 247
4
Введение
Мы все заложники наших потребностей, планов, и они превалируют у
нас в жизни над текущими возможностями, и особенно это проявляется на
существующих территориях, на которых мы живем по принципу формулы
Д2П4 Р (давай, давай, почва, пожалуйста, продукцию, потом разберемся)
или Д2П5 (давай, давай, почва, продукцию, пожалуйста, потом поможем).
Конечно, до реальной помощи дело не доходит, кроме внесения на поля
искусственных, инородных компонентов и недостаточного оставления
произведенного растительного материала.
Конечно, как всегда, есть оправдание: получить продукцию любой це-
ной. Но при этом произошел перекос. Мы возложили на себя функции:
рыхлить, кормить, поить, защищать, убирать, забирать до максимума с по-
ля продукцию (сахарная свекла и др.), оставляя на ней минимальное, дей-
ствуя по принципу: не взять от природы, а отнять у нее функцию созида-
ния. В результате сельскохозяйственные поля лишились гармонии с при-
родой.
Поэтому на сельскохозяйственных полях с созданными агропроявле-
ниями необходимо оценить (на основании новых требований) внедренные
и действующие агротехнические приемы, оказывающие агропреобразую-
щее влияние с ориентацией их на восстановительные и созидательные
функции.
Набор возделываемых культур в регионах черноземных почв типичен
для всей черноземной зоны России. На данной территории применяются
однотипные агротехнические приемы и сельскохозяйственные машины.
Различие условий возделывания культур проявляется только по темпера-
турному режиму и степени увлажнения. При этом колебание годовой уро-
жайности нарастает в некоторых регионах в пределах 10 – 40% (Воронин,
Блеканов, 2002).
Технологические схемы возделывания сельскохозяйственных культур
во всем мире практически одинаковые. Они включают основную обработ-
ку почвы, которая проводится, как правило, с осени, внесение органиче-
ских и минеральных удобрений, предпосевную подготовку почвы, подго-
товку семян к посеву, посев, уход за посевами, применение пестицидов и
регуляторов роста, уборку и послеуборочную обработку урожая. Различия
в выполнении технологических приемов обусловлены различиями в конст-
рукции и возможностях сельскохозяйственных машин. Однако в последнее
время намечаются сокращения тех или иных операций в технологических
схемах.
Это обусловливает все более интенсивную эксплуатацию почвенных
ресурсов, оказывает глубокое воздействие на ход процессов в почве, меня-
ет характер их направленности, затрагивая при этом величину и набор хи-
мических, первично-, вторично-биогенных, зольных и биофильных эле-
ментов почвенного фонда.
5
Дальнейшая эффективность производства на таких угодьях уменьшает-
ся ввиду отсутствия дополнительных знаний о возможных пределах изме-
нения во времени (30-50-70 лет) 20-элементного состава почв, смены агро-
направленности, усиления или ослабления в агрообразовательном или аг-
ропреобразовательном процессах. В этом случае возникает необходимость
иметь оценку последствий применяемых агротехнических приемов при 30-
50-70-летнем использовании пашни. Такую оценку следует производить от
каждого внедренного приема через 20-25 лет. Для таких условий необхо-
димы исследования (рекомендации) по совершенствованию отдельных аг-
ротехнических приемов производства продукции сельского хозяйства.
Настало время учитывать:
- виды и смену хозяйственной деятельности за 30-70-летний период
времени;
- продолжительность и возможное влияние систем земледелия;
- выявление у элементов обменного фонда почвы меняющихся соотно-
шений в условиях отсутствия и внесения в почву минеральных, органиче-
ских и других инородных веществ;
- смену и продолжительность влияния внедренных агротехнических
приемов;
- видовые различия у культур, сорняков и их процентное насыщение в
севооборотах;
- состояние сформированной биомассы произрастающих и сопутст-
вующих культур (сорняков) в севообороте;
- потребность набора элементов для того или иного растения с учетом
их использования;
- количество годового прироста биомассы;
- количество поступления в почву растительных и других остатков;
- сроки разложения растительных остатков на поверхности и в слое
почвы;
- количество клетчатки и других компонентов, задерживающих разло-
жение растительных остатков;
- смену соотношений обменных элементов во вновь создаваемых и ос-
таточных почвенных режимах.
Авторы выражают искреннюю признательность организациям и руководи-
телям перечисленных в монографии стационаров, членам комплексной экспе-
диции, посетившим в 1978-1979 гг. места, где В.В. Докучаев осуществил в
1878-1879 гг. первый территориальный контроль состояния почв России, ака-
демику РАСХН В.М Пенчукову, профессорам А.И. Сухареву и В.Е Шевченко
за создание особых условий для выполнения данной работы.
Авторы с благодарностью примут замечания, предложения и пожела-
ния, направленные на дальнейшее улучшение и дополнение данной рабо-
ты.
6
РАЗДЕЛ 1. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЫЯВЛЕНИЯ
ИЗМЕНЕНИЙ ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ
СИЛ ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВ
1.1. Методологические основы выявления изменения элементного
состава черноземных почв при проявлении в них снижения
производительных сил
Опираясь на работы Б. Б. Полынова и А. А. Роде, можно считать, что
растения в искусственно созданных агрофитоценозах формируют свою
биомассу за счет элементов геохимической системы почвы. Для формиро-
вания первоначальной биомассы геохимическая система почвы должна
отдавать то количество элементов, которое будет прямо пропорционально
объему полученной биомассы. После изъятия товарной части урожая в
почве и на ее поверхности остаются корневые и пожнивные остатки, кото-
рые обеспечат передачу ранее использованных элементов биомассе от
предыдущего года к следующему. Продукты разложения послужат осно-
вой для вновь возделываемых культур в череде последовательно сменяю-
щих друг друга культур в севообороте. Чаще всего этого запаса не хватает
для следующей культуры. Восстановление требуемого количества элемен-
тов осуществляется, как правило, за счет почвы. Хотя частично из 40-63
требуемых элементов 5-8 элементов вносится в почву с инородным мате-
риалом. Почвенная микробиологическая фаза функционирует в почве по
такой же схеме, но со своими специфическими особенностями.
Как было нами установлено, вторичное и последующие изъятия эле-
ментов из геохимической системы почвы не будут равны первоначально-
му изыманию их при первом съеме продукции с единицы посевной пло-
щади. Особенно это проявилось в классических севооборотах с 10- 12
культурами и усилилось в сокращенных по числу культур севооборотах.
Именно эти нежелательные в своей совокупности явления формируют
определенный элементный состав конкретного участка, приводят к нару-
шению соотношения между органической и минеральной частями в почве,
оптимальных пропорций между элементами в системе и появлению цик-
личности процессов.
Цикличность характеризуется тем, что у каждого неблагоприятного
явления циклы будут иметь разную продолжительность и разную степень
выраженности своего влияния. Мы считаем, что эти циклы накладывают-
ся один на другой. По окончании цикла будут сохраняться некоторые ос-
таточные, не всегда положительные, как нам хотелось бы, явления. Нака-
пливаясь в ряду следующих один за другим циклов, эти остаточные и не-
желательные изменения будут сливаться в прогрессирующий неблагопри-
7
ятный процесс. Все это будет отражаться на компоновке состава биоген-
ных и других элементов почвы.
Выявление таких отклонений следует осуществлять с определенной
периодичностью, с выбором того или иного аналитического метода и с
учетом его разрешающих способностей. Чем продолжительнее будет со-
храняться нежелательное сочетание таких "спутников", тем отчетливее и
конкретнее будут выявляться отклонения в равновесности и сбалансиро-
ванности элементов в биогеохимической системе почвы.
Это приводит к нарушению равновесия между органической и ми-
неральной частями почвы, что снизит в последующем высокопроизво-
дительную силу почвы, и такую силу почвы нельзя будет сохранить в те-
чение длительного времени. Медленная вековая эволюция в составе био-
геохимической системы элементов может приобретать свое ускорение в
условиях интенсификации сельскохозяйственного производства.
На существующую изменчивость почвы и ее составных частей в
большей степени влияют антропогенная деятельность и состояние сель-
скохозяйственного производства. Данное воздействие вызывает у агроп-
лодородности стадийность годового изменения. Текущее состояние почвы
зависит от времени, видов агротехнических приемов и силы их воздейст-
вия на почву. При этом происходит сокращение естественной многовидо-
вой растительности и проявляется господство аграрных культур. Это
обеспечивает выигрыш в уровне продуктивности, но проигрыш в измен-
чивости текущего состояния компонентов почвы. Механизмом данной из-
менчивости в почве является расход элементов из почвы для формирова-
ния общей биомассы возделываемых растений и сопутствующих культур,
включая сорняки и микроорганизмы. В этом случае могут появляться зоны
обеднения или обогащения основных и балластных элементов, вносимых
в почву при соответствующих компенсациях. Такие зоны будут иметь
разные стадии разбалансированности и соотношения химических, биоген-
ных, зольных и биофильных элементов. Специализация и концентрации
возделываемых культур ускоряют проявление локальных, зональных зон и
степень разбалансированности данных элементов. При этом меняется со-
отношение между органической и минеральной частями почвы, нарушает-
ся устойчивость разных видов плодородия. Устойчивость уровня агропло-
дородности будет поддерживаться, в отличие от естественной природной
обстановки, как самой почвой, так и частично агротехническими приема-
ми. И данная устойчивость обеспечивает проявление адекватной системы
годового плодородия и экологической обстановки в зоне действия агро-
технических приемов. Все это реализует и закрепляет степень выраженно-
сти в изменении состояния почвы. И такую изменчивость можно выявлять
соответствующим методом, с той или иной ошибкой определения.
Длительное время черноземные почвы России использовались в ос-
новном за счет их естественного плодородия. Это положение изменилось с
8
1965 года, когда для поддержания уровня урожайности стали постоянно
применять на больших территориях минеральные и в меньшей степени ор-
ганические удобрения. Приближение их внесения к оптимальным дозам
стало возможным в 1985-1990 гг. При этом получение заданного уровня
урожайности различных культур осуществлялось за счет существующих
запасов элементов почвы и дополнительно внесенных азота, фосфора и
калия.
Внесение минеральных и органических удобрений не обеспечило
компенсацию всех шестидесяти элементов, необходимых для растений. За
последние тридцать пять лет этот принцип существенно не изменился, хо-
тя уровень урожайности практически всех культур вырос за это время.
При этом степень распаханности территорий достигла 70 и более % (ино-
гда 93-96%), и по мере развития систем земледелия текущее агроплодоро-
дие пашни также менялось.
Изменяется и экологичность территории. Каждой системе земледе-
лия свойственен свой набор культур, которые забирают из почвы до 40-60
химических элементов в соответствии со своими потребностями. В ре-
зультате этого создается направленный дефицит потребляемых элементов
в почве. Он будет усиливаться от существующей специализации и концен-
трации при размещении и возделывании основных сельскохозяйственных
культур.
При этом формируются локальные и зональные почвенные участки
по измененному элементному составу. Остаточный элементный состав в
почве будет, в свою очередь, оказывать влияние на последующую продук-
тивность возделываемых культур и экологичность в севообороте, что и
стало характерно для последних лет и десятилетий.
Контроль и поддержание текущего состояния агроплодородности
осуществляют агрохимическая сеть региональных центров химизации, на-
учные и учебные учреждения. Они контролируют компоненты почвы, ко-
торые дешевле и доступнее выполнить, а именно триаду плодородия
(NPK), валовой гумус, кислотность, сумму обменных оснований и под-
вижное состояние некоторых биогенных (Cu, Zn, B, Мо и B) элементов.
На основании такой оценки выдают оперативные рекомендации и
составляют картограммы, хотя их состояние характеризует только теку-
щее время, и они не могут отражать былые и прошедшие процессы в поч-
вах. При этом не контролируется состояние других компонентов почвы.
При проведении исследований за изменением величин всей группы
элементов следует учитывать набор возделываемых культур и количество
биомассы, сформированной ими. Количественное взаимовлияние мож-
но проследить:
- если допустить, что человек и почва в их взаимосвязи есть услож-
няющая, эволюционирующая система (С. В. Зонн, 1983);
9
- через временное состояние систем суммы всех групп элементов поч-
вы, фонда.
Их состояние в почве определяется:
- дальнейшим развитием уровня общества;
- его воздействием на почву техническими средствами;
- поддержанием культурно-технических биогеоценозов в зонах и ре-
гионах;
- получением продуктов жизнеобеспеченности.
Основа преобразования биогеохимической системы элементов почвы:
- нарастание объема общего количества биомассы, включая зерно,
стебель и корни;
- текущая потребность органов растений в химических элементах;
- отдача почвой требуемых элементов - прямо пропорционально объ-
ему полученной общей биомассы;
- превышение изъятия с поля товарной части урожая.
Вовлечение химических, биогенных и биофильных элементов в круго-
ворот происходит через:
- ежегодные количества сформированной общей биомассы (зерно, со-
лома (стебли), листья, полова, корневые и пожнивные остатки);
- остатки ранее использованных разных элементов, удобрений и раз-
ного вида биомасс предыдущих лет (включая культуры и сорняки);
- продукты разложения разных лет и их долей поступления в почву;
- формирование и функционирование микробиологической части
(биоты) почвы;
- состояние первичных и вторичных минералов почвы.
Можно отметить особые условия вовлечения элементов в новый круго-
ворот:
- вторичное и последующее изъятия элементов не превышают и не
равны первоначальному изыманию первой культуры в севообороте;
- формирование определенного элементного состава конкретного
участка;
- нарушение соотношения между органической и минеральной частя-
ми в почве, оптимальных пропорций между элементами, в самой системе
почвы;
- появление цикличности во влиянии и изменчивости перечисленных
явлений.
Виды цикличности процессов:
- благоприятные;
- неблагоприятные;
- их наложение, удвоение;
- их направленность;
- их продолжительность;
- степень выраженности;
10
