Увеличение производства зерна и, в первую очередь, ведущей продовольственной культуры — озимой пшеницы, является основой дальнейшего развития сельскохозяйственного производства в нашей стране.
Значительную часть Ставропольского края занимает зона неустойчивого увлажнения с богатыми черноземными почвами, большим количеством тепла и света, но неустойчивым увлажнением. В благоприятные годы труженики сельского хозяйства Ставропольского края получают в неорошаемых условиях высокие урожаи озимой пшеницы, которой занято около половины площади пашни, но периодически урожайность значительно снижается вследствие загрязнения, под которым экологи понимают возникновение экологических факторов, не свойственных для обычно наблюдаемой нормы природных условий, что выводит их из состояния равновесия. Такая ситуация может быть вызвана любым природным агентом, антропогенной деятельностью или при совместном отрицательном влиянии на агроэкологиче-ские системы озимой пшеницы природных и антропогенных факторов.
В результате загрязнения создаются нежелательные для человека условия окружающей среды — значительно снижается продуктивность агроэкоси-стемы озимой пшеницы, причиняется вред другим ее составным частям — животным, почве, водным источникам, нижним слоям атмосферы.
Актуальность темы
Северный Кавказ — один из крупнейших регионов страны по производству сельскохозяйственной продукции, площадь которого 35,5 млн. га. Около половины этой площади приходится на пахотные земли. Весь Северный Кавказ от Каспия до Азовского моря пересекает зона неустойчивого увлажнения с плодородными черноземными почвами, где около половины площади пашни занимает важнейшая продовольственная культура — озимая пшеница.
Основная причина снижения урожайности в неблагоприятные годы — негативное влияние загрязнения посевов озимой пшеницы, к которому.
Н.Ф. Реймерс (1990) относит все то, «что не в том месте, не в то время и не в том количестве, какое естественно для природы, что выводит ее системы из состояния равновесия, отличается от наблюдаемой нормы, и/или желательного для человека».
Загрязнители не только снижают урожайность, они оказывают негативное воздействие на все составные части агроэкосистемы, в том числе почву — важнейшее средство производства в сельском хозяйстве, главное богатство страны.
В этой связи является актуальным изучение влияния различных типов загрязнения в агроэкосистеме основной зерновой культуры Северного Кавказа и Ставрополья — озимой пшеницы.
Цель и задачи исследований. Целью наших исследований явилось изучение негативного влияния комплекса загрязнителей на компоненты агро-экосистем озимой пшеницы в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края.
Исходя из поставленной цели были определены задачи:
— провести агроэкологический мониторинг для своевременного установления случаев загрязнения агроэкосистем и оперативно применять необходимые мероприятия;
— выявить и проанализировать негативное влияние природного и антропогенного загрязнения на агроэкосистемы полей озимой пшеницы;
— изучить эффективность влияния лесной полосы на защиту посева озимой пшеницы от сильного града;
— изучить эффективность лесной полосы на распространение микроорганизмов;
— проанализировать влияние сжигания стерни на возникновение эрозионных процессов;
— изучить степень загрязнения почвы и зерна тяжелыми металлами;
— изучить зависимость урожайности озимой пшеницы от смыва почвы на склоновых землях.
Научная новизна. Впервые на базе агроэкологического мониторинга сделана комплексная оценка влияния различных типов загрязнения на агро-экосистему озимой пшеницы в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края и даны предложения по использованию этой информации в практике сельского хозяйства.
Впервые установлена высокая эффективность лесной полосы в защите посева озимой пшеницы от сильного града, в защите от микроорганизмов, распространяющихся с мест скопления отходов животноводства. Установлена роль прерывистого щелевания на стабилизации урожайности озимой пшеницы на склоновых землях. Оценены вредоносность выжигания стерни.
Практическая значимость. Полученные данные по комплексной оценке влияния основных загрязнителей агробиогеоценоза озимой пшеницы позволяют применять их как для усовершенствования технологии возделывания этой важнейшей зерновой культуры, так и отдельных ее приемов.
Апробация работы. Результаты исследований были доложены на ежегодных научно-практических конференциях факультета защиты растений Ставропольского государственного аграрного университета (2000;2003 гг.), а также на международной научной конференции «Повестка дня на XXI век: программа действий — экологическая безопасность и устойчивое развитие» (Ставрополь, 2002), VIII научно-практической конференции «Политические, правовые, социальные и экономические проблемы современного российского общества» (Ставрополь, 2002), VI региональной научно-технической конференции «Вузовская наука — Северо-Кавказскому региону» (Ставрополь, 2002), IX научно-практической конференции «Политические, правовые, социальные и экономические проблемы современного российского общества» (Ставрополь, 2003).
Публикации. Опубликовано 12 работ, в том числе по теме диссертации — 9.
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.
Ю.Одум (1975) загрязнение характеризует как нежелательное изменение физических, химических или биологических характеристик воздуха, земли, воды, которое может сейчас или в будущем оказывать неблагоприятное влияние на жизнь человека, растений, животных, различные производственные процессы, условия жизни, культурное достояние, сырьевые ресурсы.
Н.Ф. Реймерс (1990) к загрязнению относит все то, «что не в том месте, не в то время и не в том количестве, какое естественно для природы, что выводит ее системы из состояния равновесия, отличается от обычной наблюдаемой нормы и/или желательного для человека».
Под загрязнением окружающей среды А. С. Степановских (1997) понимает любое внесение в ту или иную экологическую систему не свойственных ей живых или не живых компонентов, физических или структурных изменений, прерывающих или нарушающих процессы круговорота и обмена веществ, потоки энергии со снижением продуктивности или разрушением данной экосистемы. Он различает природные загрязнения и антропогенные, возникающие в результате деятельности человека, которые, в свою очередь, деi лятся на материальные (пыль, газы, зола, шлаки) и физические или энергетические (тепловая энергия, электрические и электромагнитные поля, шум, вибрация). Материальные загрязнители подразделяются на механические, химические и биологические. К механическим загрязнителям относятся пыль и аэрозоли атмосферного воздуха, твердые частицы в воде и почве. Химическими загрязнителями являются различные газообразные, жидкие и твердые химические соединения и элементы, попадающие в атмосферу, гидросферу и вступающие во взаимодействие с окружающей средой — кислоты, щелочи, диоксид серы. Биологические загрязнители — все виды организмов, появляющиеся при участии человека и наносящие ему вред — грибы, бактерии, сине-зеленые водоросли. При загрязнении возникают следующие неблагоприятные условия:
1) ухудшение качества окружающей среды;
2) образование нежелательных потерь вещества, энергии, труда и средств;
3) необратимое разрушение не только отдельных экологических систем, но и биосферы в целом, в том числе воздействие на глобальные физико-химические параметры окружающей среды;
4) потери плодородных земель, снижение продуктивности экологических систем и биосферы;
5) прямое или косвенное ухудшение физического и морального состояния человека (А.С. Степановских, 1997).
К физическому загрязнению относятся и радионуклиды агропромышленного производства, действие ионизирующих излучений на растения и животных, а также на агроэкосистемы в целом. Ряд авторов считают, что сельскохозяйственная радиоэкология разрабатывает принципы ведения сельского хозяйства на территориях, подвергшихся радиоактивному загрязнению, а также комплекс защитных мероприятий, обеспечивающих производство агропромышленной продукции, отвечающей радиоэкологическим стандартам. Накопление радиоактивных веществ в организме человека приводит к внутреннему облучению, которое является основным вкладом в суммарное облучение человека. Радионуклиды разделяют на 2 категории: естественные и искусственные, поступающие на Землю из воздуха. Вторую группу составляют радионуклиды техногенного происхождения. В основном это продукты деления урана и плутония, появившиеся вследствие аварий (В.А. Черников, P.M. Алексахин, А. В. Голубев, 2000).
Экологическим фактором загрязнения является почвенный азот, который усваивается зелеными растениями в виде минеральных солей аммония, азотистой и азотной кислот. Он поступает в почву с осадками в виде газообразных азотных соединений, вследствие деятельности почвенных микроорганизмов, усваивающих (связывающих) свободный азот. Микроорганизмы, отмирая, разлагаются с выделением солей азота, а также при деятельности микроорганизмов, минерализующих органическое вещество почвы. В первом случае азота поступает не более 2 кг на 1 га в год. Почвы, содержащие много гумуса, богатые солями азота, при деятельности гнилостных бактерий, переводят неусвояемый белковый азот гумуса в минеральные соединения азота. Вначале образуются аминокислоты и аммонийные соли, а из них нитриты и нитраты — до 500 кг азота на 1 га за один вегетационный период. При несоблюдении норм удобрения полей нитраты накапливаются в пищевых продуктах и вызывают тяжелые отравления (А.П. Шенников, 1950; Н. Ф. Реймерс, 1990).
Тяжелые металлы загрязняют пищевые продукты и сырье, другие вещества. При валовом содержании загрязняющих веществ в почве, превышающем предельно допустимые концентрации (ПДК), определяют подвижную форму загрязняющего вещества. Определяя загрязнение почвы металлами, для которых отсутствует ПДК, сравнивают уровни загрязнения с фоновым уровнем. При оценке почв с учетом степени экологического неблагополучия учитывают физическую деградацию, химическое и биологическое загрязнение. При этом состояние территории оценивают как напряженное, критическое, кризисное, катастрофическое. Почву, с учетом интенсивности и характера загрязнения, по четырем уровням, оценивают как допустимое, умеренно опасное, высоко опасное, чрезвычайно опасное загрязнение. Размеры ущерба в объеме 100% применяют для четвертой категории загрязнения почвы (чрезвычайно опасное, исключающее использование почв в сельскохозяйственном производстве). Для третьей категории (высоко опасное загрязнение) размеры ущерба около 50% нормативов стоимости. Почвы используют только под технические культуры, без получения продуктов питания и кормов. Для второй категории загрязнения (умеренно опасной) ущерб составляет 25% и в почвах существует опасность получения «экологически грязных» продуктов питания и кормов. В основе химической мелиорации лежит перевод тяжелых металлов в недоступное состояние, главным образом, путем изменения реакции среды. Наибольший эффект проявляется от совместного внесения извести и минеральных удобрений, так как последние компенсируют отрицательное воздействие избытка тяжелых металлов, а известкование приводит к образованию менее подвижных соединений металлов, и, как следствие, к значительному уменьшению содержания этих элементов в растениях. По степени устойчивости к токсичному действию тяжелых металлов растения располагаются в порядке убывания следующим образом: травы — злаковые — зерновые — картофель — сахарная свекла. При одинаковом содержании свинца в почве (100 мг/кг) картофель и томаты незначительно накапливали этот элемент, а морковь и редис аккумулировали его в количествах в 1,5−2 раза превышающих ПДК (В.А. Черников, P.M. Алекса-хин, А. В. Голубев, 2000).
В.Ю. Александров, Л. И. Кузубова, Е. Т. Яблоков (1995) считают, что значительное количество СОг поступающее в атмосферу, вносит ощутимый вклад в глобальное потепление климата на планете Земля. Для решения этой проблемы немаловажное значение имеет уменьшение выбросов СО2 автотранспортом. Значительно ослабить напряженную экологическую ситуацию можно путем замены автомобильных двигателей, работающих на газовом топливе, электромобилями. Многопрофильность системы создания экологически чистого автомобиля сводится не только к оптимизации конструктивных решений двигателя и типа автомобиля, но и к виду экологического топлива, оптимизации в целом эксплутационных характеристик.
Мониторинг сферы сельскохозяйственного производства — это система непрерывных наблюдений (измерений), оценки и прогноза радиоактивного загрязнения компонентов природы и элементов биоты, являющихся объектами или продуктами сельскохозяйственной деятельности человека, и реакций биотической составляющей. Эффективный метод определения масштабов и характеристики радиоактивного загрязнения сельскохозяйственных угодий — съемка, проводимая наземным способом. На основании измеренных при съемке мощностей доз излучения и с учетом соотношения различных излучателей в смеси радионуклидов, выпавших на местности, подсчитывают содержание разных радионуклидов в объектах агросферы. Следующий этап — отбор проб растений, продукции животноводства. Особое внимание необходимо обращать на обследование личных подсобных хозяйств, так как загрязнение здесь может быть выше, чем в коллективных хозяйствах (В.А. Черников, P.M. Алексахин, А. В. Голубев, 2000).
Для характеристики различных загрязняющих факторов применяются стресс — индексы, отражающие меру экологической опасности в числовом выражении, которые приводятся ниже:
ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ФАКТОРЫ СТРЕСС — ИНДЕКС.
Пестициды 140.
Тяжелые металлы 135.
Транспортируемые отходы АЭС 120.
Твердые токсичные отходы 120.
Взвешенные металлы в металлургии 90.
Неочищенные сточные воды 85.
Диоксид серы 72.
Розливы нефти 72.
Химические удобрения 63.
Органические бытовые отходы 48.
Оксиды азота 42.
Хранилища радиоактивных отходов 40.
Городской мусор 40.
Фотохимические оксиданты 18.
Летучие углеводороды в воздухе 18.
Городские шумы 15.
Оксид углерода 12.
И.С. Белюченко (1995) считает, что причиной антропогенного загрязнения природных комплексов агроландшафтов является современная форма ведения сельского хозяйства в нашей стране. Она способствует развитию эрозионных процессов, снижению плодородия почв, так как мало применяются органические удобрения, а очень интенсивно — минеральные и другие химические вещества, ускоряющие минерализацию. Монокультура, частые обработки почвы и широкое применение химии (удобрения и биоциды) — основные причины сокращения численности и разнообразия микроорганизмов в почве. Уплотнение почвы техникой усиливает минерализацию почвы и эрозию. Эрозионные процессы усиливает и монокультура однолетних и пропашных культур. При ветровой эрозии происходит загрязнение воздуха пылью, пестицидами, удобрениями. Монокультура резко сокращает инфильтрацию воды, усиливает поверхностный сток, что ведет к загрязнению озер, рек и лиманов различными пестицидами, биогеннами, тяжелыми металлами. Грунтовые воды загрязняются при просачивании в нижние горизонты дождевой воды с растворенными в ней ядохимикатами, удобрениями, нитратами. Спуск навозной жижи ферм и фильтрата навоза при его нерациональном хранении насыщает водоемы питательными веществами и, прежде всего, азотом, способствуя развитию фитопланктона и ускорению гибели бентоса.
Установлено, что за многолетний период 30% лет имели урожайность колосовых культур ниже примерно в полтора, два и даже три раза по сравнению со средней урожайностью. Всего, по неполным данным, насчитывается 73% лет с неблагоприятными физическими факторами, в той или иной степени снизившими урожай. Основными из них являются: сильные ветры, низкие температуры, особенно при чередовании с оттепелями, пыльные бури, засуха и суховеи — особенно в период налива зерна. Наибольший ущерб имеет место в годы, когда в течение вегетационного периода возникает несколько неблагоприятных явлений (В.М. Горяинов, 1971).
Из всех природных процессов, вызывающих разрушение почв и потерю их плодородия, наиболее опасны пыльные бури (В.М. Горяинов, В. И. Тюльпанов, 1977).
Г. И. Петров (1996) приводит данные, что гибель и повреждение озимых растений от выпревания происходит в годы, когда глубокий снег выпадает на не замерзшую почву. Весной под снежным покровом растения вегетируют, погибают от истощения и поражения снежной плесенью. При попытке извлечь из почвы, растения разрушаются. В Ставропольском крае выпревание посевов большого ущерба не причиняет и наблюдается узкой полосой вдоль лесных полос плотной конструкции, где высота снежного сугроба достигала 1 м и более. При повреждении посевов озимой пшеницы градом, если к моменту выпадения града формирующийся в конце нарастания колос еще не поднялся над поверхностью почвы и не пострадал от градобития, не следует торопиться с перепашкой и пересевом таких полей, хоть поле и кажется превращенным в грязь.
Озимые культуры на Ставрополье периодически подвергаются вымерзанию. В течение холодного периода посевы гибнут частично или полностью на значительных площадях, что причиняет большой ущерб сельскохозяйственному производству (В.М. Горяинов, 1974).
Г. И. Петров (1996) считает, что выпирание посевов происходит при чередовании оттепелей с морозами, когда вода при превращении в лед разрывает корневую систему озимых посевов и выталкивает узел кущения растений, очень чувствительный к низким температурам, на поверхность почвы. Ледяная корка — это образование льда на поверхности почвы или снежного покрова. В первом случае растения под слоем льда в условиях солнечного освещения могут вегетировать и погибают от удушья. При ледяной корке, образовавшейся на поверхности снежного покрова, повреждений значительно меньше. Наибольший ущерб загрязнение причиняет там, где недостаточно применяются разработанные наукой и передовой практикой противоэрози-онные мероприятия.
В.М. Горяинов и И. П. Матюнин (1977) наблюдали, как в разгар полевых работ, разрыхляющих сухой пахотный горизонт, в воздух поднимаются тучи пыли, переносимой на большие расстояния. Проведение полевых работ затрудняется. Ветром сносится поверхностный, наиболее плодородный горизонт почвы мощностью от 1−2 см до глубины всего пахотного горизонта, нередко вместе с зерном или растениями. В другом месте переносимый ветром мелкозем засыпает посевы, повреждает растения, вследствие чего они полностью погибают или изреживаются, в значительной степени снижая урожай. Авторы считают, что для борьбы с эрозией почв следует применить весь комплекс организационно-хозяйственных, агротехнических, лесомелиоративных и гидротехнических мероприятий. Установлено, что в наносах мелкозема, отложившегося при дефляции почвы в лесных полосах колхоза им. Кирова Адыге-Хабльского района Карачаево-Черкесии, валовое содержание элементов питания примерно такое, как и в пахотном слое: азота 0,424%, фосфора 0,188 и калия 1,538%.
Это сопоставление позволяет сделать вывод, что потери значительного количества элементов питания растений вместе с выдутой почвой или твердым стоком при разрушении почвы водой и ветром значительно снижают плодородие незащищенных полей, причиняя большой ущерб сельскохозяйственному производству. В среднем, по многолетним данным, с каждого гектара поля в год с пыльными бурями сносится 200 тонн почвы, в которой содержится 548 кг общего азота, 316 фосфора и 3502 кг калия (Н.М. Соляник, В. М. Горяинов, 1993).
Экологические проблемы загрязнения при химизации возникли в связи с применением в сельском хозяйстве минеральных удобрений, химических средств защиты растений, известкования почвы. В. А. Черников, P.M. Алек-сахин, А. В. Голубев (2000), признавая важнейшую роль агрономической химии в повышении эффективности сельского хозяйства, отмечают, что при неправильном использовании они оказывают негативное воздействие на окружающую среду. Основными причинами загрязнения удобрениями считается несовершенство организационных форм, транспортировки, технологий, хранения, тукосмешения, несовершенство самих удобрений, их физических и механических свойств, что является причиной загрязнения почв, поверхностных и грунтовых вод, усиления эвтрофирования водоемов, уплотнения почв, нарушения круговорота и баланса питательных веществ, ухудшения плодородия почвы, снижения продуктивности и качества сельскохозяйственных культур. Азотные удобрения при несбалансированности элементов питания, нарушении водного режима, недостаточной освещенности и других неблагоприятных условиях могут привести к снижению почвенного плодородия и загрязнению продуктов питания нитратами. Фосфорные удобрения, используемые в сельском хозяйстве, представлены, в основном, наиболее легко усваиваемыми видами: суперфосфат и двойной суперфосфат, сложные удобрения — аммофос, диаммофос, нитроаммофоска, карбоаммофоска. С фосфорными удобрениями в почву попадают многие токсичные элементы, малоподвижные в почвенной среде, а также токсичные соединения фтора. Большая часть фосфора, используемого как удобрение, остается в почве, так как связывается с. содержащимися в ней Са, AL, F. В природных фосфатах имеются радиоактивные элементы — уран и радий. Увеличение содержания Р2О5 в природных водах, вследствие потерь при транспортировке и хранении, с поверхностным стоком в растворенном виде с продуктами эрозии, привело к эвтрофированию водных объектов (В.А. Черников, P.M. Алексахин, А. В. Голубев, 2000).
Биомасса водорослей в ряде озер и водохранилищ в настоящее время превосходит валовую сельскохозяйственную продукцию в тех же регионах, вызывает увеличение воды. Калийные удобрения: хлорид калия, сульфат калия, сырые природные калийные соли, главным образом сильвинит, и другие, также могут отрицательно воздействовать на окружающую среду. При переработке сильвинита образуются галитовые отвалы, глинисто-солевые шламы и пылегазовые выбросы. Солеотвалы занимают значительные площади и являются источником засоления почв и подземных вод. Под действием атмосферных осадков образуются рассолы, содержание солей в которых достигает 300 г/л. Они попадают в подземные воды, из которых в процессе испарения поступают в поверхностные слои почвы. Значительным источником загрязнения окружающей природной среды в сельском хозяйстве являются отходы животноводства, скопление навоза, а также нитратное и микробное загрязнение почв, фитоценозов, поверхностных и грунтовых вод. На молочных фермах годовой выход навоза составляет в среднем 25,6 тысяч тонн на 1 тысячу голов. При выборе места размещения животноводческих комплексов необходимо учитывать возможность утилизации навоза и производственных стоков с учетом природоохранных требований. Необходимо учитывать и рельеф местности, эдафические, метеорологические, гидрологические и гидрогеологические факторы, наличие и состояние лесной растительности, сельскохозяйственных угодий (для утилизации навоза в виде удобрений) и селитебных территорий. Микробное и общее загрязнение в районе расположения животноводческих комплексов в 8−10 раз превышает естественный фон загрязнения почвенного и снежного покрова и вод местного стока, влечет за собой соответствующие изменения показателей качества фитомассы культур на сельскохозяйственных угодьях, примыкающих к животноводческим фермам и комплексам. На участке, примыкающем к овцеферме, большое количество нитратов (3575.7915 мг/кг) установлено в травах, скармливание которых скоту может вызвать нитратное отравление. Угрозу окружающей среде представляют также стоки силосных ям. По дну балок, ниже фермы, для регулирования потоков биогенов и патогенных микроорганизмов, следует устраивать каскады прудов (накопителей осветленных стоков и буферных), других сооружений, а также создавать древесные насаждения. Внесение органических удобрений в сочетании с минеральными превосходит по своей эффективности воздействие эквивалентного количества питательных веществ, применяемых раздельно. Только использование органоминеральной системы удобрений в сочетании с другими агротехническими и биологическими приемами создает надежную основу для повышения плодородия почв, роста урожайности сельскохозяйственных культур, регулирования качества продукции и минимализации отрицательного воздействия на окружающую природную среду. Химические средства защиты растений (пестициды), которые применяются для борьбы с вредителями, болезнями и нежелательной растительностью, наибольшее распространение получили после второй мировой войны. В последние годы в мире насчитывается более 1000 химических соединений, на основе которых выпускают десятки тысяч препаратных форм пестицидов. Пестициды всегда отрицательно влияют и на обитателей почв, жизнедеятельность которых лежит в основе почвенного плодородия — важнейшего средства производства (В.А. Черников, P.M. Алексахин, А. В. Голубев, 2000).
В Законе РФ «Об охране окружающей природной среды» (2002) сказано, что предприятия, объединения, организации и граждане, ведущие сельское хозяйство, обязаны выполнять комплекс мер по охране почв, водоемов, лесов и иной растительности, животного мира от вредного воздействия стихийных сил природы, побочных последствий применения сложной сельскохозяйственной техники, химических веществ, мелиоративных работ и других факторов, ухудшающих состояние окружающей природной среды, причиняющих вред здоровью человека. Животноводческие фермы и комплексы, предприятия, перерабатывающие сельскохозяйственную продукцию, должны иметь необходимые санитарно-защитные зоны и очистные сооружения, исключающие загрязнение почв, поверхностных и подземных вод, водосборы водоемов, атмосферного воздуха. Нарушение указанных требований, причинение вреда окружающей природной среде и здоровью человека влечет за собой ограничение, приостановление или прекращение экологически вредной деятельности сельскохозяйственных и иных объектов по предписанию специально уполномоченных на то государственных органов Российской Федерации в области охраны окружающей природной среды, санитарно-эпидемиологического надзора. Выяснить состояние окружающей среды, изменение состава структуры и свойств биологических систем разного уровня, адекватные реакции биологических объектов на воздействие среды с учетом климатических, биотических, географических, антропогенных и других качеств позволяет биологический мониторинг.
В комплексных проектах внутрихозяйственного землеустройства необходимо решать все основные вопросы рациональной организации земельной территории (П.В. Клюшин, 2001). На основе материалов почвенных обследований необходимо выделять категории земель и группировать их по целесообразному использованию и применению комплекса почвозащитных мероприятийопределять виды и типы почвозащитных севооборотов и размещение их по территории, устанавливать правильное соотношение и состав сельскохозяйственных угодий, а также структуру посевных площадей, объем и соотношение отраслей в целом по хозяйству и в разрезе производственных подразделений, размещение системы защитных лесонасаждений (полезащитных, прибалочных лесных полос, облесение рек, водоемов), размещение системы прудов, водоемоввыделять земельные участки под орошение и осушениеразрабатывать культуротехнические мероприятия на пашне и естественных кормовых угодьях (Рекомендации по борьбе с засухой в районах Северного Кавказа, 1973).
Влага в засушливых условиях нередко решает судьбу урожая. Глубина весеннего промачивания почвы имеет решающее значение для роста корневой системы. Основная масса почвенной влаги потребляется растениями из того слоя, в каком она находится. Процесс расходования влаги в почвенном профиле идет одновременно во всем слое распределения корней. В засушливые годы, когда почвенный профиль весной промочен не больше, чем на метр, к концу вегетации зерновых культур продуктивная влага расходуется полностью. Если же год влажный, а весеннее промачивание почвы глубокое, то в почвенном профиле остается некоторое количество продуктивной остаточной влаги. Впитывание воды в почву сверху идет постепенно и послойно. Вначале насыщается самый верхний слой почвы до НВ, и только после этого начинает увлажняться следующий за ним слой до величины, близкой к НВ. Этот процесс идет от слоя к слою в течение всего осенне-зимнего сезона. Приостанавливается он весной, после того как расход воды из почвы начинает превышать ее приход. Глубина промачивания почв на начало весны находится в прямой зависимости от накопления влаги в промоченном слое за счет проникновения дождевой и талой воды в почву, от остаточных запасов влаги после вегетации предшествующей культуры, парообразного передвижения влаги из нижележащих слоев. Разная фильтрующая способность почв, в том числе мерзлых, оказывает существенное влияние на накопление влаги лишь в периоды быстрого таяния снега весной и реже — в периоды обильных жидких осадков. Абсолютное большинство залегающих на территории Северного Кавказа, Нижнего Дона и Нижнего Поволжья почв подчиняется закономерности постепенного уменьшения величины продуктивной влаги по мере увеличения толщины и веса вышележащих слоев почвы (И.В. Свисюк, 1969).
Н.М. Шульгин (1962) относит снежный покров к важному ресурсу сельского хозяйства. В толще снега содержится значительный запас влаги, столь необходимый для получения высокого урожая сельскохозяйственных культур. Снежный покров — это большое естественное богатство полей. Он почти полностью сохраняется до самой весны, так как на испарение в холодное время года расходуется в большинстве районов мало снега, а поверхностный сток при морозе отсутствует. Снежный покров имеет незначительную теплопроводность, обладает большими термоизоляционными свойствами. Термоизолирующая роль снежного покрова настолько велика, что при достаточной его мощности он препятствует теплообороту между воздухом и почвой, и режим температуры почвы под снегом почти не зависит от температуры над поверхностью снега. Как недостаток, так и избыток снега вредно отражается на зимующих растениях. При недостатке снега или позднем его выпадении растения гибнут от вымерзания, ледяной корки, выпирания, а при избытке или выпадения мощного снега на талую почву, растения погибают от вымокания или выпревания. Развитие и урожай культурных растений в значительной степени зависят от распределения и режима снежного покрова, а также от погодных условий.
Снегозадержание удерживает и сохраняет на месте выпавший снег от сдувания. Количество снега, сносимого ветром с открытых водоразделов, составляет в среднем 50% от всего выпавшего снега. Около 20% его остается в оврагах. Снегозадержание, главным образом, проводят для защиты озимых культур от вымерзания, а также для увеличения запасов почвенной влаги, необходимой растениям в весенне-летний период их вегетации. Снегонакопление направлено на задержание снега, переносимого низовыми метелями. Оно осуществляется путем вторичного отложения снега, снесенного ветром с окружающих пространств, и проводится для увеличения запасов почвенной влаги. Под снежным покровом температура почвы повышается, почва промерзает неглубоко, весной она оттаивает раньше схода снега, поэтому талые воды хорошо впитываются в почву (A.M. Шульгин, 1980).
На Ставрополье, где большие площади земель расположены на склонах, с полей сносится значительное количество минеральных удобрений, загрязняющих водоемы. Эффективным агроприемом, сокращающим загрязнение, является щелевание озимых посевов по мерзлой почве, которое обеспечивает задержание жидкого и твердого стока. Расстояние между проходами агрегата рекомендуется в 6−8 м, а между перемычками в щели, которые устраивают путем кратковременного поднятия щелереза с помощью гидросистемы — 50−70 м. Щелевание посевов озимой пшеницы на склонах по мерзлой почве способствовало росту условного чистого дохода на 358,6 рублей и уровня рентабельности на 3% в расчете на 1 га посева. В 1973;1975 гг. в полузасушливой зоне преобладали засушливые условия. Прерывистое щелевание посевов озимой пшеницы на склонах по мерзлой почве не оказало существенного влияния на качество зерна. В 1973 г. опыт был заложен в поле 1 полевого севооборота IX для изучения щелевания посевов озимой пшеницы на склонах крутизной 1−6° по мерзлой почве. Щелевали 13 декабря на глубину 35−40 см. Площадь прощелеванного и контрольного вариантов по 40 га. Высота снежного покрова достигала 3−9 см. Почва промерзла на 3−5 см. В опытах 1974;1975 гг., в связи с теплой и продолжительной осенью, щелева-лось поле 7 севооборота IX только 13 февраля. С похолоданием почва промерзла до 8−10 см и передний нож — щелерез был снят, так как мощности трактора ДТ-75 для щелевания двумя ножами оказалось недостаточно. Глубина щелевания 30−35 см. Расстояние между проходами агрегата 6−8 м, высота снежного покрова 9−17 см, крутизна склона 5−6°, площадь опытного и контрольного участков 54 га. Примерно через 50−80 м в щелях устраивались перемычки кратковременным выключением щелереза гидросистемой, чтобы предотвратить сток по дну щелей при отклонении их от направления горизонталей, над ложбинами щелерез выключали. Дно широких ложбин щелева-лось. Лесные полосы не препятствовали работе агрегата. Результаты учета урожая комбайном показали, что прибавка составила 6−2,7−6,7−6,3−7,5 ц/га или 25−10−16−18−29%. В 1975 г. получена самая низкая прибавка урожая. Это объясняется формированием стока в пределах только опытного участка. В остальных опытах опытные участки располагались в нижней части склона, куда при стоке в значительном количестве вода поступала и с верхней части склонов. На контрольных вариантах, в местах формирования стока и смыва почвы, посевы были значительно изрежены, а местами растения совершенно отсутствовали. В дальнейшем они концентрировали сток, способствовали сбросу воды с поля до самой уборки. Отдельные места площадью до 1−2 м2, где растения пшеницы полностью отсутствовали, впоследствии зарастали сорняками. Засоренность была сильной (3 балла). Опытные варианты обычно имели равномерный густой стеблестой. Засоренность их оценивалась баллом 1 (слабая). При щелевании более благоприятно складываются условия формирования высокого урожая. Щелевание озимых посевов на склонах по мерзлой почве — эффективный противоэрозионный прием, обеспечивающий предотвращение смыва и накопления влаги в почве при зимних оттепелях, весеннем снеготаянии и ливневых осадках весенне-летнего периода, так как щели, нарезанные по мерзлой почве, сохраняются до самой уборки. Была доказана возможность прерывистого щелевания озимых посевов в направлении горизонталей при прямоугольной форме полей, защищенных лесными полосами, без специальной контурной организации территории. Щелевание озимой пшеницы по мерзлой почве проводилось в опытном хозяйстве Ставропольского государственного аграрного университета на глубину 30−35 см. Два ножа — щелереза были установлены на плуг ПН-4−35 в агрегате с трактором Т-74. Крутизна склона 4−6 градуса, площадь 40 га, промерзание почвы -3−4 см, высота снежного покрова 3−9 см. Прибавка урожая — 4,4 ц/га. Экономические показатели прерывистого щелевания одного гектара посевов озимой пшеницы по мерзлой почве в направлении горизонталей приведены в таблице 1 (показатели после 1992 г.).
Таблица 1.
Экономическая эффективность прерывистого щелевания одного гектара озимой пшеницы на склоне по мерзлой почве в направлении горизонталей местности.
Виды работ Урожайность, ц/га Стоимость урожая, руб. Стоимость предотвращенного смыва, руб. Прямые производственные затраты, руб. Условный чистый доход, руб. Уровень рентабельности, % возделывание озимой пшеницы без противоэрозионных мероприятий 30 3720,9 — 1350,2 2370,7 175 возделывание озимой пшеницы при рехулировании стока 34 4223,3 — 1522,9 2700,4 177 возделывание озимой пшеницы при регулировании стока и с учетом предотвращенного смыва 34 4223,3 28,9 1522,9 2729,3 178.
В связи с тем, что щелевание проводится по мерзлой почве в направлении горизонталей поля, одна или две горизонтали провешиваются на местности, а далее тракторист ориентируется по карте землепользования предприятия в горизонталях. На других полях он уже обычно проводит щелевание без дополнительного провешивания и карты. Если почва промерзла на глубину 4−5 см, агрегат работает с двумя ножами. При промерзании почвы до 10 см мощности трактора 3 тс недостаточно, один нож снимают.
Площадь погибших и сильно поврежденных посевов озимой пшеницы на Ставрополье в неблагоприятные годы достигает 30% от посевной площади. Это свидетельствует о большом значении мероприятий по повышению культуры земледелия. Большое значение имеет система почвозащитных мероприятий (В.М. Горяинов, 1982). ч.
Влияние лесных полос на скорость ветра — один из основных показателей их полезащитной эффективности. Оно зависит от конструкции лесных полос, которые характеризуются количеством просветов и ветропроницаемо-стью. По конструкции различают продуваемые насаждения с количеством просветов в нижней части до 60%, а в кронах — до 10%, при ветропроницае-мости 25−60%. Ажурные полосы имеют от 15 до 35% просветов, а ветропро-ницаемость от 25 до 50%. Плотные лесонасаждения отличаются количеством просветов по вертикальной проекции до 10% и ветропроницаемостью до 25%. Количество просветов определяется глазомерно, а ветропроницаемость по показателям анемометров на расстоянии 1Н от полосы с заветренной стороны и 35Н с наветренной (Н — высота лесной полосы). Наиболее высокой защитной эффективностью обладают полосы ажурной и продуваемой конструкции, как в облиственном, так и безлистном состоянии, когда ветропроницаемость повышается в 1,5−2 раза. Дальность влияния лесных полос при сильном ветре достигает 50Н при наилучшем состоянии посевов в зоне шириной 25Н (Д.К. Бабенко, В. И. Коптев, В Н. Тарасюк, 1979).
Значение плодовых пород в лесных полосах состоит в том, что они выполняют защитную роль, увеличивают общую площадь под плодово-ягодные насаждения. Повышается защитная роль лесных полос, увеличивается кормовая база полезных животных и количество ценных продуктов питания для населения. Кроме того, создается прочная основа заготовки семян для выращивания посадочного материала плодовых растений, которые посадкой и посевом вводятся в лесные насаждения. Это мероприятие позволит также вести в значительных размерах селекционную работу по отбору лучших, более урожайных, засухоустойчивых и морозостойких пород, приспособленных к местным природным условиям, отличающихся хорошим ростом и развитием в защитных лесонасаждениях (И.В. Белохонов, 1954).
Рубки ухода в лесных полосах проводят с целью повышения их защитных функций путем формирования необходимых конструкций и породного состава древостоев, создания благоприятных условий для роста главных пород, предупреждения снеголомов, улучшения санитарного состояния, предотвращения разрастания опушек (Д.К. Бабенко, В. И. Коптев, В. Н. Тарасюк, 1979).
Е.С. Павловский (1973) считает, что одной из важнейших характеристик деревьев опушечных рядов лесных полос является высокая их устойчивость по сравнению с деревьями внутренних рядов. При общем распаде насаждений именно опушечные деревья сохраняются продолжительное время. Обладая более развитой кроной (хотя и однобокой), мощным стволом и разветвленной корневой системой, эти деревья оказываются наиболее жизнестойкими, менее подвержены болезням, легче переносят нападения вредителей и влияние других неблагоприятных факторов, испытывая постоянное воздействие суровых степных условий. Речь идет о взрослых насаждениях с сохранившимися опушечными рядами. Но имеется немало примеров, когда из-за отсутствия агротехнических уходов, молодые деревца крайних рядов лесных полос оказываются в столь тяжелом состоянии (задернение и уплотнение почвы, повреждения скотом, механизмами, ядохимикатами), что выглядят хуже, чем деревца внутренних рядов. Нередко в подобных условиях гибнут, уступая свое опушечное положение, деревьям соседних рядов.
Инвентаризация лесных защитных насаждений необходима для их оценки состояния и улучшения. Она проводится на землях хозяйства с охватом всех групп насаждений:
I группа — полезащитные, садозащитные, водорегулирующие, вдоль каналов и дорог, в питомниках, на виноградниках, чайных и цитрусовых плантация;
II группа — приовражные и прибалочные насаждения;
III группа.
IV группа.
V группа.
VII группа.
VIII группа лесонасаждения по откосам, берегам и днищам оврагов и балокпротивоэрозионные лесонасаждения на горных склонах, конусах выноса и вдоль русла горных рекзащитные лесонасаждения на не используемых в сельском хозяйстве песках;
VI группа — защитные лесонасаждения вокруг прудов и других водоемов, вдоль берегов и в поймах рекзащитные лесонасаждения на пастбищных землях, вокруг животноводческих ферм и в местах отдыха сельскохозяйственных животныхлесонасаждения вокруг сельских населенных пунктов и за пределами их границ, на полевых станах, в местах отдыха населения, на рекультивируемых участках (Инструкция по единовременной инвентаризации защитных лесонасаждений, 1975).
Ю. Одум (1975) пришел к выводу, что охрана природы — важнейшее приложение экологии, для обеспечения сохранности окружающей среды, удовлетворения потребностей эстетики и отдыха, получения непрерывного урожая полезных материалов. Человек только часть сложной среды обитания, которую нужно изучать, изменять и к которой нужно подходить как к единому целому. Планированию переделок природы должны предшествовать тщательное изучение и детальная подготовка, чтобы они принесли полезные длительные результаты, а не временный доход на вложенный капитал. Для удвоения урожая зерновых требуется в 10 раз увеличить затраты на удобрения, пестициды и мощности. Индустриализованное (использующее энергию горючих ископаемых) сельское хозяйство может дать в 4 раза более высокий урожай с гектара, чем сельское хозяйство, в котором всю работу выполняют люди и домашние животные. Но оно требует в 10 раз больших затрат разного рода ресурсов и энергии. Поэтому «агроиндустрия» — одна из главных причин загрязнения воздуха и воды. Агроинженеру будущего необходимо уделять больше внимания качеству сельского ландшафта, который должен служить источником пищи, чистой воды и чистого воздуха, обеспечивать условия для отдыха и другие потребности. В лесном хозяйстве необходимо рациональное использование естественных лесов с учетом их рекреационной роли, места обитания диких животных, защиты воздуха и воды, других полезных свойств (Р.И. Грабовецкий, 1978). На почвах, не используемых в сельском хозяйстве, целесообразно создавать многовидовые древостой (В.М. Горяинов, 1993). Возникла тенденция вернуться к широкой концепции «дикой природы», так как все большее число людей начинает интересоваться, кроме охотничьих и пушных зверей, и не охотничьими видами (например, певчими птицами), так как защита мест отдыха «на природе» все в большей степени зависит от охраны «дикой» экосистемы в целом. Управление дикой природой не сводится к одной продукции промысловых животных на землях, которые ни на что другое не пригодны. Оно должно заниматься их продукцией и на тех территориях, которые используются для сельского или лесного хозяйства. Ю. Одум рассматривает четыре главных направления:
1) охрана размножающегося стада посредством законов, ограничивающих отстрел и другие доходные мероприятия;
2) искусственное разведение;
3) улучшение местообитаний;
4) организация охотничьих хозяйств.
Звероводческие и рыборазводные хозяйства должны обеспечивать искусственное разведение и выпуск на волю животных, после чего разрешается отстрел и отлов. А охотники и рыболовы должны платить крупные суммы за право охоты или рыбной ловли. Это практически равнозначно одомашниванию дикой популяции, которая требует дополнительных затрат. Интродукция не свойственных данному району видов в новую среду связана с трудностями, так как эти виды либо совсем не приживаются, либо интенсивно размножаются и становятся вредителями. Это крайняя мера. Если в данном районе есть подходящие местные виды, лучше сосредоточить усилия на них, а не пытаться заменить их новыми. Интродукциям должны предшествовать соответствующие научные исследования. Спортивная ловля рыбы — это отдых и спорт номер один. Лучшим объектом спорта являются хищные рыбы. Разведение культуры пресноводных видов — объектов спортивного рыболовства в прудах и озерах, можно считать реальным делом в поддержании сбалансированной популяции, которая будет обеспечивать человеку устойчивый урожай при регулярном внесении удобрений. Пастбищное хозяйство — это область, где злоупотребления человека причинили огромный ущерб ресурсам степи. Для определения емкости пастбищ особенно большое значение имеют два параметра:
1) первичная продуктивность;
2) доля чистой продукции, которую можно ежегодно изымать, так чтобы оставалось еще достаточно для обеспечения продуктивности в будущем и чтобы выдержать стресс в периоды неблагоприятной погоды, такой как засуха и другие (Ю. Одум, 1975).
Для улучшения использования земли разрабатываются материалы классификаций угодий, основанные на природных экологических признаках, отражающих характер почвы, наклон местности и природные биотические сообщества. Для типов земель, выделенных на карте, точно указываются формы использования, гарантирующие сохранение продуктивности. Например, земли типов I и II — равнинные участки с плодородной почвой, которую можно непрерывно возделывать с простыми предосторожностями (севообороты, ленточные посевы), тогда как земли типов III и IV (более крутые склоны) требуют больших ограничений на участках, которые обрабатываются, выращивания многолетних трав, введения пастбищного оборота. Земли типов V-VII не пригодны для возделывания. Это постоянные пастбища или места посадки деревьев, или места, оставленные в естественном состоянии для зарастания древесными породами и диких животных. Тип VIII (крутые склоны, бедная почва) имеет определенную продуктивность только в естественном состоянии, как местообитаний охотничьих или пушных зверей. Этот тип почвы в естественном состоянии может обеспечивать получение лесных продуктов, использоваться для отдыха и других целей, которые могут оказаться более важными, чем любой «урожай», который можно получить на этих землях. Охрана почв отстает от времени. Сейчас прилагается много усилий для увеличения площади пахотных земель, расходуются огромные деньги на регулирование водных источников, осушение болот, но ничего не предпринимается для спасения превосходных земель от разрушения, связанного с плохо планируемым производством. Наукой об охране почв, о землепользовании, в настоящее время необходимо заниматься и применительно к сельско-городским ландшафтным комплексам (Ю. Одум, 1975).
Разбивку водосборной площади на категории земель в нашей стране предложил С. С. Соболев (1962). В связи с тем, что рельеф местности — один из основных показателей, который учитывается при проведении землеустроительных работ, рекомендации С. С. Соболева позволили более правильно выделять земли для использования в различных отраслях сельского хозяйства — пахотные, под сады, виноградники, ягодники, естественные кормовые угодья, а также земли, не используемые в сельском хозяйстве, которые положены в основу современного землеустроительного законодательства по внутрихозяйственному и межхозяйственному землеустройству, при которых в производство внедряются мероприятия защитного назначения (Основные положения по борьбе с водной и ветровой эрозией почв, 1962).
Центральное Предкавказье, в основном, занимает Ставропольский край, а его зона неустойчивого увлажнения (III), где нами проводились исследования, включает около половины сельскохозяйственных угодий Ставрополья, представленных плодородными черноземами.
Важнейшей сельскохозяйственной культурой, на которую приходится около 50% пашни зоны неустойчивого увлажнения, является озимая пшеница, которая в благоприятные годы обеспечивает получение высоких урожаев, а в неблагоприятные значительно снижает урожайность, особенно при комплексном возникновении загрязнителей в течение сельскохозяйственного года.
Из анализируемых литературных данных можно сделать вывод, что основными экстремальными экологическими факторами, загрязняющими озимую пшеницу и снижающими урожайность, являются физические, биологические, химические и антропогенные загрязнители. Результаты проведенных различными авторами исследований показали, что с загрязнителями озимой пшеницы можно успешно бороться с помощью системы мероприятий при высокой культуре земледелия, обеспечивая и охрану окружающей природной среды.
В.В. Докучаев (1849) пришел к выводу, что увеличение испарения с поверхности почвы, в связи с сельскохозяйственным освоением степей, основная причина их иссушения, так как были устранены важнейшие факторы, способствовавшие задержанию влаги на месте выпадения атмосферных осадков — естественный травянистый покров и мощный мульчирующий слой из отмерших растений.
Г. Н. Высоцкий (1960) отмечал, что влажность климата недостаточно оценивать только среднегодовым количеством атмосферных осадков, и впервые предложил оценивать ее отношением многолетних средних сумм годовых осадков к средним суммам годовой испаряемости (коэффициент увлажнения), в которой косвенно учитывается влияние температуры, влажности и ветра. Если осадков выпадает меньше, чем может испариться — климат сухой.
Г. Т. Селянинов (1957, 1958) для оценки увлажнения вегетационного периода предложил ГТК. Если ГТК при температуре выше 10 °C менее 0,3 -зона пустынная, 0,5−0,3 — полупустынная, 0,8−0,5 — степная, 1,0−0,8 — лесостепная и 1,3−1,0 — лесная. Вычисления Г. Т. Селянинов рекомендует проводить для периода не менее месяца при среднемесячной температуре воздуха 8−10°С и выше.
Агроклиматическое районирование территорий Северного Кавказа с применением ГТК проведено В. И. Батовой (1966), но природные зоны были установлены сложной конфигурации, что затрудняло их использование. Кроме того, они не были увязаны с административными районами, что было сделано при использовании коэффициентов увлажнения.
В рекомендациях «Водная эрозия почв и борьба с ней на Северном Кавказе» (1980), разработанных сотрудниками научных учреждений Северного Кавказа, рассматривается защита почв от эрозии на посевах зерновых культур. В период предпосевной обработки, посева и прикатывания почвы, она выравнивается, уплотняется и частично распыляется, в связи с чем до образования сомкнутого растительного покрова это способствует развитию процессов водной эрозии, особенно при стоке талых вод и на слаборазвитых с осени посевах, а также при посеве вдоль склона.
При возделывании озимой пшеницы на склонах лучшим способом сева, хорошо противостоящим водной эрозии, является посев бороздковой сеялкой СЗС-9 и СЗС -2,1 с вырезами на каточках.
В рекомендациях отмечается, что применение узкорядного способа сева обеспечило сокращение поверхностного стока воды на посеве озимой пшеницы на 22%, а смывание почвы на 50%, по сравнению с посевом сеялкой СУК-24 поперек склона.
Перекрестный способ сева оказался хуже, чем сеялкой СУК-24 поперек склона. Это объясняется дополнительным уплотнением и выравниванием почвы при двукратном проходе посевного агрегата.
В рекомендациях приводятся данные, что в некоторых сельскохозяйственных предприятиях Ставропольского края применяется перекрестный посев озимых зерновых культур сеялками СУК-24 и СЗС-9. Сначала сев проводиться половинной нормой высева вдоль склона сеялкой СУК-24, а затем бороздковой сеялкой СЗС-9 поперек склона с половинной нормой высева. Проведенные исследования показали, что посев зерновых колосовых в противо-эрозионных целях лучше проводить узкорядным способом или бороздковы-ми сеялками СЗС-9 или СЗС-2,1 с вырезами на каточках. Но на склонах круче 3° для полного задержания стока одного бороздкового сева или прикатывания противоэрозионным катком конструкции Ростовской «Сельхозтехники» недостаточно. Эту противоэрозионную обработку необходимо дополнять щелеванием.
Опыты, проведенные Донским ЗНИИСХ показали, что щелевание почвы на посевах озимой пшеницы поперек склона на глубину 35 и более сантиметров способствует улучшению водного режима почвы, благоприятствует развитию растений незначительно, на 12,3% повышает урожай зерна.
Щелевание посевов озимой пшеницы на склонах крутизной в 2,5−3° в четырехлетних опытах ДЗНИИСХ уменьшило коэффициент стока талой воды в 3,5 раза, а смыв почвы — в 4,3 раза по сравнению с участками, на которых щелевание не производилось.
В малоснежные ветреные зимы и особенно на ветроударных склонах, где снег сносится ветром, щели не способствовали повышению влажности почвы и урожая. Более эффективным оказалось щелевание в сочетании с выращиванием кукурузных кулис на пару — предшественнику озимой пшеницы.
Опытами Северо-Донецкой станции Донского ЗНИИСХ установлено, что на склонах крутизной 2,5−3° за счет щелевания озимой пшеницы в среднем по четырехлетним данным, урожай повысился на 2,9 ц/га, а при совместном применении щелевания и кукурузных кулис на расстоянии 24 м и между их рядами поперек склона, вырос на 4,3 ц/га или на 13,6 процентового сравнения с делянками без кулис и щелевания.
В Ростовской области для щелевания посевов озимых применяется ще-лерез Щ-1 Донского ЗНИИСХ. Он разработан на базе плуга ПН-4−35, лобовая часть рабочих органов которого 2−2,5 см, что незначительно повреждает растения.
Исследованиями Ставропольского ГАУ установлено, что щелевание склонов черноземных почв крутизной 3−5° на посевах озимой пшеницы после кукурузы на силос эффективно при проведении его перед наступлением морозов, при предпосевном щелевании эффективность снижается, так как щели частично засыпаются в период посева.
В Ростовской области щелевание озимых считают наиболее эффективным в ноябре и даже в декабре при расстояниями между щелями в 2−5 метров в зависимости от крутизны склона.
К факторам водной эрозии относятся рельеф, климат, почва, геологическое строение, растительность, животные. Особенно большое значение имеет рельеф местности, форма склонов, которые подразделяются на прямые, выпуклые, вогнутые и сложные, на которых наблюдаются все виды смыва и размыва почвы при ускоренной эрозии. На прямых и выпуклых склонах наибольшие разрушения почвы происходят в нижней их части, а на вогнутых — в верхней. На сложных склонах, в зависимости от его особенностей, вода уходит в разных направлениях. К смыву почвы авторы относят капельную эрозию, поверхностный смыв, струйчатый смыв, бороздково-струйчатый смыв, сплывание почвы, а к размыву, главным образом, линейную эрозию — образование оврагов. Струйчатый смыв они подразделяют на мелкоструйчатый, среднеструйчатый и крупноструйчатый. При разрушении почвы они выделяют заравниваемые сельскохозяйственной техникой промоины и не заравниваемые, которые имеют глубину и ширину до 1 м и более, что способствует возникновению оврагов. Прямой склон характеризуется постоянным уклоном на всем протяжении и жидкие осадки выпадают на склон почти с одинаковой интенсивностью на всем протяжении. Не впитываемая вода перемещается по поверхности почвы. Небольшая масса воды в верхней части склона не вызывает разрушения почвы. В нижнем направлении, вследствие подтока с верхней части склона и падающих капель воды атмосферных осадков, масса воды нарастает и ее разрушительная сила увеличивается. Выпуклый склон характерен более быстрым нарастанием эрозионных процессов. В приводо-раздельных участках склона она минимальная, а в нижней части склона — значительная. Чем быстрее нарастает крутизна, тем значительнее разрушение почвы стекающей водой. На верхних частях склона смыв почвы часто не наблюдается совсем, но с увеличением крутизны разрушение почвы может быть слабым, средним и сильным. Вогнутый склон характерен наибольшей крутизной в верхней при водораздельной части склона. Книзу крутизна уменьшается. Именно к верхним участкам склона и приурочен сильный смыв. По мере уменьшения уклона смыв становится средним, а в нижней части склона происходит оседание значительного количества взвешенных частиц, образуется намыв при оседании мелкозема. Сложные склоны представляют собой чередование прямых, выпуклых и вогнутых участков. Эрозионное разрушение почвы на сложных склонах связано с общим средним уклоном и протяженностью выпуклых и вогнутых участков. Сильный смыв происходит на самых крутых частях сложного склона. Северная экспозиция склонов имеет слабое проявление эрозии, а южная — сильное. Восточная и западная экспозиции различаются тем, что восточные склоны иссушаются раньше западных. Растительность здесь слабее, почва сильнее распыляется, откладывается меньше снега (И.Н. Сазонов, М. А. Штофель, А. И. Пилипенко, 1984).
При проектировании севооборотов в ходе внутрихозяйственного землеустройства придерживаются главного условия — обеспечить примерно одинаковое плодородие почвы в пределах каждого поля севооборота (М.А. Гендельман, В. Я. Заплетин, А. Д. Шумейкин, 1986).
В учебно-методическом пособии, которое подготовили Е. И. Рябов и В. Г. Хворостьянов (1991), приведены нормы потери почвы. Авторы отмечают, что если предположить, что потери почвы ежегодно будут в крае составлять 1 мм (10 т/га), то через 150−200 лет будет полностью потерян верхний гумусовый горизонт почвы. Они отмечают, что часто на полях наблюдаются потери почвы в 10 мм и более и рекомендуют в качестве временно допустимой нормы принять потери 2−6 т/га (0,2−0,6 мм) в течение года. Вместе с тем авторы отмечают, что необходимо всеобщее понимание государственной важности сохранения плодородия почв, внедрения почвозащитных технологий, так как будущее земледельцев России зависит от состояния земельных ресурсов.
В литературном обзоре по теме диссертации приведены данные многих исследователей о природе загрязнений и их видах, наибольшем снижении урожайности вследствие агрометеорологического загрязнения, а также рекомендации против их отрицательного влияния. Однако на Ставрополье комплексный анализ типов загрязнений, их влияния и характер защитных мероприятий на продуктивность озимой пшеницы до настоящего времени не было сделаны.
выводы.
1. Агроэкологический мониторинг целесообразно проводить ежегодно в каждом сельскохозяйственном предприятии для выяснения ущерба, причиненного загрязнителями, и принятия оперативных мер по защите окружающей среды. Агроэкосистемы озимой пшеницы в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края подвергаются химическому, биологическому, физическому и антропогенному загрязнению, из которых наибольший ущерб озимой пшенице причиняют физические агрометеорологические загрязнители, к которым относятся засуха, суховеи, сильные ветры, неблагоприятная зимовка (вымерзание, образование ледяной корки, выпирание, механическое повреждение), захват хлебов, град, переувлажнение земель, водная эрозия, дефляция почв.
2. Анализ урожайности озимой пшеницы за пятидесятилетний период показал, что 25% всех лет приходится на годы, когда урожайность была явно ниже средней многолетней, а в отдельные годы снижалась в 2−3 раза.
3. При выпадении града, сопровождающегося сильным горизонтальным ветром, ущерб значительно снижают лесные полосы ажурной конструкции на расстоянии до 40−5 ОН, а при снижении поля от лесной полосы на 1−2° посев сохраняется на расстоянии до 100Н. На расстоянии 1Н от лесной полосы урожайность озимой пшеницы составила 43,3 ц/га и возросла до 49,4 ц/га на расстоянии до ЮН от лесной полосы.
4. Лесные полосы, расположенные на пути переноса патогенных микроорганизмов, в сухую ветреную погоду, задерживают патогенные микроорганизмы, накапливая их в себе (до 90%), защищая поле за лесной полосой от распространения патогенных микроорганизмов.
5. Сжигание стерни на полях, принимающее массовый характер в отдельные годы, является физическим тепловым загрязнением, при котором количество основных питательных веществ хотя не уменьшается в поверхностном слое почвы, однако количество агрегатов в 1 мм и меньше возрастает на 16%, что облегчает развитие эрозионных процессов.
6. Загрязнение почвы и зерна тяжелыми металлами в районах опытов выше допустимых пределов не установлено.
7. На полях озимой пшеницы в полевом севообороте смыв почвы приводил к снижению урожайности в нижней половине склона, где концентрированный жидкий сток имел значительную разрушительную силу. Смыв почвы в 2001 г. в Шпаковском районе составлял 8 т/га, в 2002 г. — 7 т/га, при допустимой норме 6 т/га. В Грачевском районе в 2001 г. — 7 т/га, в 2002 г. — 10 т/га.
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ.
1. Ежегодно в сельскохозяйственных предприятиях целесообразно проводить комплексный агроэкологический мониторинг для оценки состояния посевов, окружающей среды и сохранения полезного биоразнообразия.
2. При возделывании озимой пшеницы на склонах, при промерзании почвы на 4−5 см, в нижней половине поля необходимо проводить прерывистое щелевание посева в направлении горизонталей местности на глубину 3545 см, при расстоянии между проходами агрегата 6−8 м и перемычками в щели 50−70 м.
3. Следует поддерживать оптимальную структуру лесных полос для защиты посевов от града, что обеспечит прибавку урожая озимой пшеницы до 56 ц/га.
4. Отказаться от практики сжигания стерни после уборки урожая, чтобы избежать увеличения содержания агрегатов в 1 мм и меньше, способствующих развитию эрозии почв.
5. Необходимо не допускать на фермах скопления большого количества отходов животноводства, способствующих загрязнению микроорганизмами окружающей среды и посевов, следует проводить лесомелиоративные мероприятия вблизи них.
6. Участки полей, примыкающие к лесным полосам и заросшие древесно-кустарниковой растительностью, нередко близки по ширине к лесным полосам, необходимо распахивать, раскорчевывать и возвращать в пашню.
