Агроэкологические основы формирования урожайности зерновых культур и сои в адаптивно-ландшафтном земледелии Среднего Приамурья

В обеспечении продовольственной безопасности любой страны велика роль зернового хозяйства. В России же, с ее огромной, протяженной территорией, а значит и с разнообразием почвенно-климатических условий, эта роль основополагающая.

Однако в мире в последние годы отмечается тенденция к снижению темпов роста урожайности зерновых культур и, прежде всего, основныхпшеницы, кукурузы, ячменя.

Ученые говорят о значительной и продолжающей увеличиваться антропогенной нагрузке на почву, об ухудшении экологической ситуации в целом. Проблема эта затронула и Дальневосточный регион России.

В структуре посевных площадей Хабаровского края зерновые культуры и соя занимают около 27% посевной площади, из них 15,5% - зерновые культуры. В зерновом клине 60% засевается овсом, 21% - яровой пшеницей, 14% - ячменем и 5% - кукурузой. Несмотря на то, что зерно-соевые севообороты являются ведущим звеном в агроландшафтах региона, будучи производителем ценной продукции и обеспечивая функцию сохранения среды в агроценозе, урожайность культивируемых в них растений остается довольно низкой. На протяжении всех лет наблюдений (с 1960 г.) урожайность зерновых культур не превысила в среднем по краю 14,8 ц/га, а сои даже в благоприятные для ее роста и развития годы — 10,2 ц/га.

Анализ неблагоприятных тенденций в современном сельском хозяйстве со всей очевидностью свидетельствует об их долговременном характере. Традиционное земледелие не способно вывести современное сельскохозяйственное производство из кризисной ситуации, так как в основу подходов заложен принцип химико-техногенной интенсификации, отрицательные стороны которого изложены в многочисленных работах A.A. Жученко[2002, 2004, 2008, 2009], Н. З. Милащенко, O.A. Соколова, Т. Брайсона, В. А. Черникова [2000], В. В. Коринец, A.B. Коринец [2007], А. Н. Каштанова [1993,1994,.

1997], Кирюшина [1993, 1996] и др. Суть их заключается в том, что все отрицательные стороны хозяйственной деятельности связаны с отсутствием понимания целостности природы, недоучетом того, что все ее компонентыпочва, растительность, животные, вода, приземная атмосфера — образуют сложную единую систему. По словам Б. Б. Полынова «.о том, какое значение имеет обратимая связь между различными элементами природы. едва ли надо говорить. Едва ли надо доказывать, что в проникновении в эту связь, которая дается и знанием и опытом, кроется главный секрет искусства земледельца, и чем глубже это проникновение, тем выше искусство» [1956]. По этой причине назрела необходимость в пересмотре стратегии и тактики сельскохозяйственной деятельности на качественно новой, адаптивной, основе.

Новые подходы в виде концепций «адаптивного» растениеводства сформулированы A.A. Жученко [1990, 1993, 1994, 2008], адаптивного земледелия на ландшафтной основе — А. Н. Каштановым [1993, 1994], Кирюши-ным [1993, 1996) ] и рядом других исследователей [42, 43, 45, 46, 54].

Адаптивная стратегия развития сельскохозяйственного производства предполагает тщательный подбор культур и селекцию сортов, приспособленных к возделыванию в определенных почвенно-климатических и погодных условиях. Наряду с адаптивным размещением сельскохозяйственных культур важно реализовать адаптивноландшафтный подход к формированию агроландшафтов. Стратегия адаптивной интенсификации сельского хозяйства ориентирует на необходимость более полного использования неисчерпаемых природных ресурсов за счет мобилизации адаптивного потенциала культур и применения техногенных факторов.

Формирование адаптивного потенциала культурных растений имеет свои особенности, что обусловливает специфику управления им в растениеводстве. В этой связи на первый план выдвигается этап конструирования агроценозов, агроэкосистем, агроландшафтов, основными компонентами которого являются формирование адаптивной видовой структуры посевных площадей в каждом природном ландшафте, выделение в нем агроэкологиче-ски однотипных территорий и размещение на них соответствующих культур, дифференцированное применение техногенных факторов, учитывающее особенности адаптации каждого вида и сорта культивируемых растений.

В повышении адаптивности интенсификационных процессов в растениеводстве исключительно важную роль могут играть краткосрочные и долговременные прогнозы возможных изменений погоды и климата. Считается, что за последние 100 лет средняя температура воздуха на Земле увеличилась на 0,6 °С. При этом высокие широты прогреваются больше, чем низкие, а сам нагрев выше зимой, чем летом. При общем количестве осадков в теплом климате уменьшается число дней с осадками, но становятся заметными более продолжительные периоды интенсивных дождей. Одновременно возрастает число дней без осадков.

Известно, что с ростом континентальное&tradeклимата, в зависимости от рельефа и типа почвы увеличивается амплитуда вариабельности основных климатических параметров, а также зависимость величины и качества урожая от нерегулируемых факторов среды. Поэтому для сельскохозяйственного производства исключительно важную роль играет анализ происшедших в регионе за последние 30−40 лет изменений климата. Без этих знаний невозможна своевременная оптимизация возделываемых видов и сортов растений, определение их доли и границ при агроэкологическом районировании территорий, включая формирование адаптивных севооборотов и агроландшаф-тов.

Исходя из вышесказанного, следует отметить, что главными факторами повышения и устойчивости урожайности сельскохозяйственных культур в неблагоприятных почвенно-климатических и погодных условиях являются: возделывание такого набора культур и сортов, которые в наибольшей степени приспособлены к местным, в т. ч. неблагоприятным и экстремальным, условиям внешней средыдифференцированное использование неравномерно распределенных во времени и пространстве лимитирующих величину и качество урожая природных факторов (климата, почвы, рельефа), а также техногенных, материальных и других ресурсов. Этим определяется актуальность темы исследований, что, в свою очередь, потребовало разработки новых подходов к повышению урожайности культивируемых видов и сортов растений, новых приемов, отвечающих требованиям экономичности, снижения энергозатрат и решения природоохранных задач.

Цель работы. Разработать агроэкологические основы и практические приемы, обеспечивающие рост величины и качества урожая зерновых культур и сои на основе рационального использования природных и техногенных ресурсов и их адаптивного размещения во времени и пространстве с учетом адаптивного потенциала.

Для выполнения намеченной цели были определены задачи:

— провести системный анализ современного состояния АПК Хабаровского края и установить причины, негативно влияющие на эффективность сельскохозяйственного производства;

— определить динамику и направление изменений почвенных, климатических и погодных условий Среднего Приамурья;

— установить зависимость формирования урожайности зерновых культур и сои от природных ресурсов Среднего Приамурья;

— определить оптимальные агроэкологические параметры внешних условий, способствующие реализации потенциальной урожайности зерновых культур и сои;

— определить величину адаптивного потенциала изучаемых культур и сортов в Среднем Приамурье и его структурных элементов: потенциальной продуктивности и экологической устойчивости;

— подобрать наиболее адаптированные к местным условиям сорта зерновых культур и сои и разработать приемы повышения их урожайности на тяжелосуглинистых почвах на основе рационального применения различных техногенных средств;

— установить влияние севооборотов на урожайность культур и их средоулучшающие функции;

— разработать принципы адаптивно-ландшафтной системы земледелия для условий Среднего Приамурья и оптимизировать агроэкологическое размещение посевных площадей зерновых культур и сои;

— определить энергетическую эффективность отдельных приемов повышения урожайности зерновых культур и сои.

Научная новизна. Впервые осуществлено комплексное изучение природных ресурсов Среднего Приамурья и определено их соответствие аг-роэкологическим требованиям изучаемых культур. Установлены диапазон и направление изменений основных факторов, влияющих на рост и развитие зерновых культур и сои в Среднем Приамурье. Установлены корреляционные зависимости формирования урожайности зерновых культур и сои от климатических и погодных факторов и уровня плодородия тяжелосуглинистых почв. Определен адаптивный потенциал возделываемых в регионе культур и сортов и величина его структурных компонентов: потенциальной урожайности, экологической устойчивости. Установлена зональная изменчивость адаптивного потенциала культивируемых видов и сортов растений, разработана формула расчета адаптивного потенциала сортов по урожайности и стабильности в изменяющихся условиях окружающей среды. Разработаны приемы повышения урожайности зерновых культур и сои на основе рационального использования различных техногенных средств. Изучено формирование урожайности зерновых культур и сои в зависимости от типа севооборота и его влияние на средоулучшающие функции растений в нем. Установлены корреляционные зависимости урожайности полевых культур в различных севооборотах от агрохимических показателей почвы и уровень взаимосвязи параметров между собой. Разработаны принципы адаптивно-ландшафтной системы земледелия для условий Среднего Приамурьядля аг-роэкологически однотипных территорий разработаны схемы севооборотов.

Научная и практическая значимость. К новым результатам можно отнести установленные диапазон и направление изменения климатических, погодных и почвенных условий в Среднем Приамурье за период с 1960 по 2008 гг. Установлены корреляционные зависимости формирования урожайности зерновых культур и сои от климатических и погодных факторов и уровня плодородия тяжелосуглинистых почв. Получены зависимости формирования урожая от плодородия тяжелосуглинистых почв Среднего Приамурья в полевых и специализированных зерно-соевых севооборотах. Предложен метод расчета относительного адаптивного потенциала различных сортов культивируемых видов растений. Основные научные разработки и предложения, вытекающие из результатов исследований, обеспечивают возможность формирования структуры посевных площадей и севооборотов с привлечением культур и сортов, максимально адаптированных к почвенно-климатическим условиям каждой зоны возделывания. За счет предложенных приемов стало возможным обеспечить большую реализацию потенциальной урожайности возделываемых сортов. Научно разработанная структура посевов и рекомендуемые севообороты позволяют приостановить деградацию пахотных почв, улучшить их физические, физико-химические свойства и обеспечить сохранение и воспроизводство гумуса. Результаты исследований были использованы при разработке: «Программы повышения плодородия почв Хабаровского края до 2010 г.», способа раскисления почвы (патент РФ № 2 346 973), органоминерального удобрения на основе торфа (патент РФ № 2 346 917) — вошли в «Зональную систему технологий и машин" — стали составной частью «Стратегии повышения устойчивого социально-экономического развития г. Вяземский" — используются при чтении лекций в школе повышения квалификации работников агропромышленного комплекса. Результаты исследований широко внедряются в хозяйствах края.

Положения, выносимые на защиту:

1. Региональные изменения почвенно-климатических и погодных условий, происшедшие с 1960 по 2008 гг. в Среднем Приамурье, и формирование урожайности зерновых культур и сои в зависимости от природных ресурсов региона.

2. Модели оптимальных параметров почвенного плодородия тяжелосуглинистых почв и гидротермических условий для реализации урожайности зерновых культур и сои.

3. Корреляционные зависимости формирования урожая зерновых культур и сои от параметров почвенного плодородия тяжелосуглинистых почв в полевых и специализированных зерно-соевых севооборотах и гидротермических условий периода вегетации культур.

4. Подбор культур и сортов для возделывания в различных агроэколо-гических условиях по показателям адаптивного потенциала и эффективность различных техногенных средств для повышения его основных структурных элементов — потенциальной урожайности и экологической устойчивости.

5.Средоулучшающие функции полевых и специализированных зерно-соевых севооборотов в Среднем Приамурье.

Апробация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований докладывались на международной конференции «Проблемы антропогенного почвообразования» (Москва, 1997) — международных научно-практических конференциях: «Модели и технологии оптимизации земледелия» (ВНИИЗ и ЗПЭ, Курск, 2003), «Ресурсосберегающие технологии земледелия» (ВНИИЗ и ЗПЭ, Курск, 2005), «Агрохимические приемы повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур в адаптивно-ландшафтном земледелии» (ВНИИА, Москва, 2006) — Всероссийском координационном совещании Географической сети опытов с удобрениями и другими агрохимическими средствами (Москва, 2001, 2008) — Общих годичных собраниях ДВНМЦ РАСХН (п. Тимирязевский, 1998, 2008, 2009) — научно-практических конференциях: «Роль науки в повышении эффективности производственной деятельности сельскохозяйственных предприятий в новых экономических условиях» (Хабаровск, 2000), «Инновационно-технологические основы развития земледелия» (Курск, ВНИИЗ и ЗПЭ, 2006) — научных сессиях: «Энергосберегающие технологии возделывания сельскохозяйственных культур в условиях Дальнего Востока» (Хабаровск,.

2005), «Результаты совместных исследований ДВНМЦ РАСХН и Дальневосточного отделения РАН по проблемам биологии в сельском хозяйстве Дальнего Востока» (п. Тимирязевский, 2007) — IV и V Казьминских чтениях (Хабаровск, 2005, 2006) — координационном совещании зоны Дальнего Востока и Сибири по программе «Соя» (Благовещенск, 2009).

Личный вклад автора. Диссертационная работа является результатом обобщения и анализа многолетних исследований автора, которые проводились с 1990 по 2008 гг.

Выбор направления научного поиска, методологические оценки влияния изучаемых факторов на рост, развитие и формирование урожая культивируемых видов и сортов растений, сбор и обобщение климатических и погодных данных за 48-летний период времени, математические зависимости и их анализ, производственное внедрение, выводы и предложения производству в диссертационной работе выполнялись лично автором.

В проведении ряда полевых исследований участвовали сотрудники отделов земледелия, биотехнологии и защиты растений, лаборатории биохимии, которым автор выражает искреннюю благодарность.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 51 научной работе, из которых 9 — в изданиях перечня ВАК, описаниях к 2-м патентам РФ на изобретения и к авторскому свидетельству на сорт ярового овса Премьер.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа изложена на 324 страницах компьютерного текста, состоит из введения, восьми глав, выводов по диссертации и предложений производству, содержит 61 таблицу, 15 рисунков, 36 приложений.

Список литературы

включает 492 источника отечественных и зарубежных авторов.