Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Историю развития человечества можно рассматривать как историю развития его взаимоотношений с окружающей природной средой, развития способов его воздействия на компоненты природного комплекса, а также развития и усложнения направлений хозяйственной деятельности. Одним из древнейших видов человеческой деятельности является земледелие, которое к сегодняшнему дню получило распространение практически на всей территории обитаемой суши. И на всей территории, где осуществляется земледелие, в течение столетий оказывается все возрастающее воздействие на почву, прямым последствием которого является получение урожая, а косвенным – снижение почвенного плодородия, машинная деградация почв и развитие эрозионных процессов.

Цель исследования. В условиях актуальности решения проблем агроистощения и деградации земель в хозяйстве целью настоящей работы явилось изучение агрохимического состояния почв пахотных земель ООО «Агрофирма «Сеченовская» на основе данных многолетнего агрохимического обследования и анализ эффективности известкования и фосфоритования почв как мелиоративных мероприятий по повышению показателей плодородия земель.

Материалы и методы исследования

В Нижегородской области земледелие получило наибольшее развитие в южных и юго-восточных районах Правобережья, расположенных в зоне лесостепи и на участках луговых степей. В физико-географическом отношении эти районы относятся к северной окраине Приволжской возвышенности. Сеченовский район, на территории которого расположены земли ООО «Агрофирма «Сеченовская», является одним из главных земледельческих районов области. Земельные угодья агрофирмы расположены на водоразделе рек Пьяны и Суры. Значительные перепады высот, характерные для региона, являются природной предпосылкой развития эрозионно-денудационных процессов [9].

Климатические условия благоприятны для выращивания районированных сельскохозяйственных культур и интенсивного земледелия. За год в Правобережье выпадает около 500–550 мм осадков. Анализ данных о температуре воздуха за период 2011–2014 гг. показывает, что суммы активных температур за вегетационный период зерновых культур для яровых колеблются от 2423 до 2483 °С, а для озимых – от 2744 до 3030 °С.

Естественных лесов в юго-восточной части Нижегородской области не сохранилось, имеются лишь посадки дуба, сосны, березы, которые на территории Сеченовского района занимают около 1 % площади. Естественная травяная растительность сохранилась по склонам и днищам балок и оврагов [9].

В этой части области распространены подтипы выщелоченных и оподзоленных черноземов, а также типичных серых и темно-серых лесных почв. По механическому составу данные почвы имеют преимущественно тяжелосуглинистый и глинистый гранулометрический состав. Поскольку эти территории на протяжении длительного времени активно используются в сельскохозяйственном производстве, эродированные почвы в среднем составляют около 30 % пашни, а в Сеченовском районе этот показатель достигает 20 %. Почвы земельных угодий агрофирмы «Сеченовская» характеризуются как слабосмытые и несмытые. Содержание гумуса на полях агрофирмы по данным обследования за 2009 год в среднем составляло 7,4 %, что говорит о сильной гумусированности почв. Кислотность почв (pHKCl) – 5,8 ед. рН, что говорит о близкой к нейтральной реакции среды почвенного раствора. Содержание фосфора 84 мг/кг (средняя обеспеченность), калия – 158 мг/кг (повышенная обеспеченность).

Данные агрохимического обследования, проведенного агрофирмой в 2013 году, показали значительное изменение состояния почв: содержание гумуса уменьшилось до 6,1 %, кислотность снизилась и стала нейтральной – 6,1 ед. рНKCl, содержание фосфора и калия повысилось до 93 и 238 мг/кг соответственно. В части обеспеченности почв подвижными формами фосфора и калия можно сказать, что относительно содержания подвижного фосфора почвы остались в группе средней обеспеченности, а в части содержания обменного калия – перешли в группу очень высокой обеспеченности.

Ценность почвы как компонента, обеспечивающего многочисленные потребности человека, отмечалась во все времена. Известно высказывание нашего соотечественника В.В. Докучаева о том, что «почва – дороже золота». Сохранение качественных и количественных характеристик почвы является условием функционирования систем земледелия, обеспечивает выполнение ими главной задачи: производство урожая различных культур. Однако с урожаем из почв ежегодно безвозвратно изымаются питательные вещества и микроэлементы, что ведет к агроистощению и деградации почв. Поэтому при осуществлении всех видов антропогенной деятельности в сельскохозяйственных системах необходимо внедрение комплекса мер, направленных на уменьшение эрозионных процессов, повышение почвенного плодородия и предотвращение деградации почв.

Для Нижегородской области характерно широкое распространение типов почв, обладающих кислой средой, что обусловлено химическим составом горных пород, слагающих территорию области. По материалам агрохимических обследований более 1 млн га пашни (61 %) характеризуется кислой средой и нуждается в известковании.

Известкование и фосфоритование почв, предназначенные для устранения их высокой кислотности и пополнения запасов подвижного фосфора, являются широко распространенными видами мелиоративных работ. Эти важные агротехнические приемы направлены на повышение плодородия почвы и ее устойчивости к эрозионным процессам, они способствуют повышению эффективности удобрений и росту урожайности сельскохозяйственных культур. Необходимость известкования и фосфоритования связана с тем, что избыточная кислотность почвы приводит к ухудшению ионно-обменных свойств протоплазмы клеток растений и их проницаемости, что приводит к нарушению углеводного и белкового обмена и замедлению синтеза белка в клетке [8]. В кислых почвах подавляется деятельность микроорганизмов, в частности нитрифицирующих и азотфиксирующих бактерий, что ведет к снижению содержания доступного растениям азота [1]. Также затрудняется поступление фосфора, кальция, молибдена и магния, играющих важную роль в жизни растений, а подвижность алюминия, марганца и железа увеличивается, что существенно ухудшает развитие растений. Фосфорное голодание вызывает задержку фаз развития растений и период их начального роста и созревания – время всходов может удлиняться на 5–10 дней и более. При этом снижается общая и продуктивная кустистость зерновых, зимостойкость озимых и многолетних трав, уменьшается доля зерна в общем урожае зерновых колосовых [2].

Результаты исследования и их обсуждение

Мониторинг агрохимического состояния почв в агрофирме «Сеченовская» проводится начиная с 1967 года. Результаты наблюдений показывают, что почвы имеют преимущественно слабокислую и близкую к нейтральной реакцию среды (рис. 1).

На основе проведенного анализа данных периодического агрохимического обследования сельскохозяйственных земель можно констатировать, что максимальная доля почв со средней степенью кислотности зафиксирована в 1984 году, в последующие годы их количество снижается. Группа почв со слабокислой средой имела наибольшее распространение в 1979 году, после чего их доля начала уменьшаться. Доля почв, характеризующихся близкой к нейтральной степенью кислотности, до 1998 года колебалась от 40 % и до полного отсутствия в 1979 и 1984 годах. Превысив 60 % в 1998 году, количество этих почв начало снижаться. Почв с нейтральной степенью кислотности на протяжении всех лет практически не отмечается, только в 1989 году их количество достигло 2 %.

Анализ средневзвешенных показателей кислотности почв показывает, что кислотность с 1967 года стремительно возрастала, достигнув показателей рНKCl = 5,2 в 1979 и 1984 годах, а с 1984 года реакция среды стала изменяться к среднекислой (рНKCl 5,5) и в 1998 году была близка к нейтральной степени – рНKCl = 5,6.

По данным агрохимических обследований значительная доля почв агрофирмы имеет среднее и повышенное содержание подвижного фосфора (рис. 2).

Рис. 1. Динамика групп по степени кислотности, % [3]

Рис. 2. Динамика групп по содержанию подвижного фосфора, % [3]

Почв с очень низким содержанием фосфора не наблюдается с 1967 года; значительно сократилась доля почв с низким содержанием. Максимальное количество почв со средним содержанием отмечено в 1973 году, после чего их доля начала падать. Количество почв с повышенным содержанием относительно стабильно по всем годам, только в 1967 году их не наблюдалось вовсе. Доля почв с высоким содержанием подвижного фосфора с 1967 года начала стремительно повышаться, только в 1993 году наблюдалось небольшое снижение, но потом почва пришла в первоначальное состояние. Почв с очень высоким содержанием было крайне мало, только в 1989 году их доля достигла максимальных значений.

При анализе средневзвешенного содержания подвижного фосфора в почвах хозяйства выявлено, что за период с 1967 года по 1989 год содержание фосфора увеличилось с 25 мг/кг до 150 мг/кг, в дальнейшем происходило снижение содержания фосфора до 120–130 мг/кг [3].

В целях повышения качества почв в агрофирме «Сеченовская» разработаны и реализуются проекты внутрихозяйственного землеустройства, предусматривающие известкование среднекислых почв, фосфоритование почв с низким содержанием подвижного фосфора, поддержание баланса гумуса и организацию севооборотов. Проекты предусматривают, что при проведении работ по известкованию и фосфорированию почв следует учитывать экологические ограничения, установленные государственными стандартами и санитарными нормами в отношении предельно допустимых уровней загрязнения почв тяжелыми металлами и другими токсичными элементами, присутствующими в известковых материалах и фосфоритной муке; сроки проведения работ, месторасположение мелиорируемых площадей и другие условия. В частности предусмотрено, что в случае применения извести и фосфоритной муки на одном поле работа должна быть организована таким образом, чтобы каждый из этих мелиорантов вносился в разные сроки или в разные слои почвы [5, 6, 7].

Проектами проектно-сметной документации по известкованию предусмотрено проведение известкования слабокислых почв на площади 150 га на участках 4 и 22.

В качестве мелиоранта планировалось использовать доломитовую муку, отвечающую требованиям государственного стандарта ГОСТ 14050-93 «Мука известняковая (доломитовая). Технические условия».

Доломит для получения муки добывается в Мадаевском карьере, расположенном в Починковском районе Нижегородской области, АДВ которого варьирует от 66 до 67 %. Дозы доломитовой муки были рассчитаны с учетом показателей кислотности, механического состава и типа почв, а также качества вносимых мелиорантов. Средняя доза в пересчете на СаСО3 составила 5,1 т/га.

В соответствии с принятыми нормативами сдвига pH от 1 тонны СаСО3 была рассчитана ожидаемая после известкования величина pH для почв участков, на которых осуществляются работы (табл. 1).

Рассчитано, что в результате реализации проекта, благодаря проведенным мероприятиям, кислотность почв должна снизиться до показателей, близких к нейтральным.

Также в рамках внутрихозяйственного землеустройства агрофирмы «Сеченовская» в 2008 году был реализован проект фосфоритования почв на 1, 3, 4 и 7 участках общей площадью 195 га. Средняя доза фосфоритной муки составляла 1,3 т/га.

В проект фосфоритования были включены почвы с низким и средним содержанием подвижного фосфора. Дозы фосфоритной муки рассчитаны с учетом показателей кислотности, подвижного фосфора и механического состава почв (табл. 2). В результате проведенных работ содержание фосфора должно соответствовать средним показателям (55–100 мг/кг).

Таблица 1

План известкования кислых почв на 2008 год [5]

Таблица 2

План фосфоритования почв на 2008 год [6]

Таблица 3

Результаты проверки эффективности проекта известкования

После проведения работ, предусмотренных проектами, в 2009 году было проведено агрохимическое обследование всех сельскохозяйственных угодий. Исходя из результатов агрохимического обследования было выявлено, что реализация проекта привела к незначительному повышению уровня кислотности почв по сравнению с 2003 годом (табл. 3). Можно предположить, что неверно была рассчитана доза мелиоранта или при реализации проекта были допущены нарушения сроков и технологии проведения работ.

Агрохимическое обследование показало также результаты фосфоритования. Данные представлены в табл. 4.

Проведенный мониторинг показал неэффективность мероприятий фосфоритования на участках 1 и 7, в почвах которых произошло снижение содержания подвижного фосфора. На участках 3 и 4 результат положительный. Известно, что в соответствии с проектом на участке 4 также проводилось известкование [4]. Но, как показали данные мониторинга, изменение показателей кислотности произошло в сторону снижения рНKCl и не соответствует планируемым результатам.

Таблица 4

Результаты проверки эффективности проекта фосфоритования

В процессе агрохимического мониторинга выявлен еще один вид деградации почвы – снижение плодородия. В результате применения минеральных удобрений (фосфорных и калийных) за период с 2009 по 2013 год зафиксировано изменение содержания питательных элементов в почве в лучшую сторону: содержание фосфора изменилось в среднем с 84 до 93 мг/кг, а содержание калия с 158 до 238 мг/кг. Но в то же время отмечено явно выраженное уменьшение содержания гумуса: в 2009 году в среднем 7,4 %, а в 2013 году 6,1 %. На решение этой проблемы в агрофирме направлен ряд мероприятий, в первую очередь – внесение органических удобрений и засевание полей многолетними травами.

Выводы

В проведенном исследовании проанализирована динамика кислотности почв и содержания подвижного фосфора в почвах ООО «Агрофирма «Сеченовская» за период с 1967 года по 2003 год, а также изменение средневзвешенных показателей рН и подвижного фосфора за рассматриваемый период. Представлены содержание проекта известкования и фосфоритования почв агрофирмы, проводимого в 2008 г., а также ограничения, условия и необходимость его реализации. На основании результатов реализации проекта, полученных в ходе последующего агрохимического мониторинга всех почв на территории предприятия, дана оценка эффективности проведенных мероприятий.