Мониторинг земель, подверженных опустыниванию или потенциально податливых опустыниванию, позволяет найти территории в наибольшей степени нуждающиеся в оптимизации экологической обстановки. В ряде случаев, уничтожение очагов опустынивания позволяет сдержать развитие процесса на большей территории. Большое значение имеет прогноз развития процессов опустынивания. Пример такого прогноза приведен в следующей таблице.
Таблица 16
Показатели вероятности засухи в зависимости от погодных условий
(по Кабанову П.Г.), %
Показатель : Вероятность засухи, %
суммарная ФАР за сентябрь + октябрь предшествующего года
> 66,57 кДж/см2 90
суммарная ФАР – « - < 66,57 10
суммарная ФАР за март, более 36 91
менее 36 9
продолжительность солнечного сияния в сентябре, более 180 часов 56
менее 180 10
в марте - > 1104 часов 71
< 1104 8
Правильный прогноз развития опустынивания под влиянием различных факторов позволяет найти более рациональные пути сельскохозяйственного использования земель. К путям оптимизации обстановки относятся: уменьшение доли распаханности территории, лесопосадки, орошение, посев засухоустойчивых культур, борьба с вторичным засолением и осолонцеванием почв, регулирование выпаса скота и т.д.
13. Экологическая роль обеднения почв элементами питания
Ковда В.А. подчеркивает, что процветающее высокопродуктивное сельское хозяйство – лучшее средство управления экологическими системами, сохранения и совершенствования окружающей человека среды. Ограниченные ресурсы пригодных для обработки земель и воды для орошения, а также постоянная необходимость обеспечения населения продуктами питания требуют всемерной интенсификации сельскохозяйственного производства. Однако, пределы урожайности определяются следующими факторами: 1) биологическими возможностями растений (видов и сортов) потреблять элементы питания и солнечную энергию; 2) поступлением фотосинтетически активной радиации и возможностью ее использования (что определяется и структурой посевов и экспозицией склонов и длиной вегетационного периода на разных почвах); 3) наличием в почве элементов питания в доступной форме в заданном соотношении, в определенном месте и в определенные сроки. Это определяется емкостью поглощения почв по отношению к элементам питания, способностью их трансформировать, перераспределением по почвенному профилю и в сезонной динамике.
Недостаток элементов питания в почве не позволяет получить высокие урожаи, а следовательно, обеспечить население продуктами питания. В то же время, по данным ЦИНАО (Державин Л.М.), в целом по России суммарный вынос азота, фосфора и калия сорняками составляет около 6 млн. тонн (около половины их выноса урожаем культурных растений), что в 2 с лишним раза превышает поступление их с органическими и минеральными удобрениями (2,5 млн. тонн). Недостаточная обеспеченность почв элементами питания не позволяет полностью использовать потенциал сортов сельскохозяйственных культур, который реализуется менее, чем на половину.
В результате низкие урожаи сельскохозяйственных культур не оправдывают затраты на их получение и на применение удобрений. В отдельных районах России урожай зерновых составляет до 4 ц/га, при урожаях в высокоразвитых странах до 120 ц/га. По экономическим причинам только 20% производимых в России минеральных удобрений (1,5 млн. тонн д.в-ва) используется в отечественном земледелии или, в среднем, 12 кг действующего вещества на 1 га, в то время, как в развитых зарубежных странах, 200-350 кг/га. Органических удобрений используется в России, в среднем, 0,7 т/га, а в развитых странах – 15-25 тонн.
Низкий уровень плодородия почв, обеднение их элементами питания в сочетании с низким уровнем химизации сельскохозяйственного производства, достигнутым за последние годы, привели к засоренности полей, развитию болезней и вредителей, загрязнению среды, нарушению экологической обстановки, к малой эффективности и рентабельности сельскохозяйственного производства.
Баланс элементов питания в почвах
В длительных опытах установлено, что расход питательных веществ на производство сельскохозяйственной продукции и непроизводительные потери должны компенсироваться. Без внесения минеральных удобрений постепенно наступает истощение почв и, как следствие, уменьшение урожайности сельскохозяйственных культур и деградация почв. Для прогнозирования указанных процессов, на основании экспериментальных данных, проводится расчет баланса содержания питательных веществ для систем почва-удобрение, почва – удобрение – растение, почва – удобрение – растение – окружающая среда. На основании справочных данных проводится расчетный баланс для севооборотов, отдельных хозяйств (производственный); для почвенно-растительных экосистем (зональный); для административных и экономических районов (региональный).
Главная статья расхода элементов питания – вынос их с урожаем. Значительное место занимает вынос элементов питания с сорняками. Неизбежная расходная статья баланса – непроизводительные потери элементов питания (выщелачивание из корнеобитаемого слоя, потери при эрозионных процессах и газообразные потери азота). При этом, потери азота в зонах избыточного увлажнения могут достигать 25-30 кг/га, а потери за счет денитрификации в воздух 10-20% от дозы внесенного азотного удобрения и, в среднем, 6 кг/га из почвы. С 1 гектара эродированных земель теряется 18-20 кг азота, 5-10 кг фосфора и 12-24 кг калия.
Ниже показана необходимость расчета баланса элементов питания в почвах, на примере оценки калийного состояния почв. При возделывании зерновых культур ежегодно с поля с урожаем отчуждается до 50-60% калия из 30-60 кг К2О на 1 га потребленного растениями калия. С урожаем сахарной свеклы, картофеля, капусты, подсолнечника вынос калия с поля может достигать до 200-300 и более кг на 1 га, даже в случае, если 30-40% К2О остается с ботвой и корневыми остатками в поле. При этом, от 20 до 50% всего вынесенного калия используется сельскохозяйственными культурами из подпахотных горизонтов (Прокошев В.В., Дерюгин И.П., 2000).
Поставка калийных удобрений сельскому хозяйству России достигла наибольшего количества в 1987 году – 2,8 млн. тонн К2О или, в среднем, 23 кг на 1 га пашни. С 1991 происходит резкий спад поставок калия на внутренний российский рынок. В настоящее время большая часть пашни не получает калия, а, в среднем, ежегодная доза составляет 1,5-2,0 кг/га. При этом, ежегодный дефицит баланса калия в земледелии России составляет более 30 кг К2О на 1 га (Прокошев В.В., Дерюгин И.П.). Состояние обеспеченности почв калием хорошо иллюстрируется экспериментальными данными по балансу калия для севооборота и Центрального экономического района.
Таблица 17
Экспериментальный баланс калия за ротацию пятипольного севооборота
(Прокошев В.В.)
Вариант опыта :Сбор к.ед. за :Вынос К2О за год :Баланс, кг/га :К обменный, мг/кг
:год, ц/га :с урожаем, кг/га : :
0 20,6 30 - 30 67
N60P60 27,6 37 - 37 69
+ К144 + 8,2 + 48 + 59 155
Таблица 18
Баланс калия (К2О) в почвах Центрального экономического района за 1 год
(Шафран С.А., Янишевский Ф.В., 1998)
Годы : Поступление в почву, кг/га :Вынос :Баланс : Доля почв с содержанием
:----------------------------------------------:урожаем : кг/га : калия
:с минераль- :с органичес- : всего :кг/га : :----------------------------------
:ными удоб- :кими удоб- : : : : низким : высоким
:рениями :рениями : : : : :
1986-90 54,6 26,7 81,3 44,9 36,3 25,4 20,3
1997-98 0,7 3,8 4,5 15,8 - 11,3 32,4 14,9
Полезную экономическую и экологическую информацию дает вычисление баланса элементов питания в почвах в целом для страны. Для получения высоких и стабильных урожаев расход азота и калия должен компенсироваться на 100%, а приходные статьи по фосфору должны превышать расходные в 1,5-2 раза. В лесостепной зоне интенсивность баланса может быть несколько ниже (по азоту - 85-90%, фосфору – 150-200% и калию – 50-60%). В степной зоне интенсивность баланса по фосфору должна составлять 200-250%, по азоту 60-75%, калию – 25-30%.
По данным Сычева В.Г., фактическая интенсивность баланса в Нечерноземной зоне с 1971 по 1990 годы по азоту составляла 120-200%, фосфору – 260-640%, калию – 100-220%. В районах лесостепи и степи интенсивность баланса по азоту к 1990 году достигла 120-130%, фосфору – 250-260%, калию – 50-80%. В районах сухостепи интенсивность баланса по азоту с 1971 по 1990 год возросла от 70 до 10%, фосфору от 70 до 210%, калию – от 20 до 40%. В настоящее время в почвах России наблюдается отрицательный баланс по азоту (2,7- 15,6 кг/га), фосфору (1,5-6,5 кг/га), калию. При этом по отдельным регионам отрицательный баланс по азоту достигает 15,6 кг/га, по фосфору – 6,5 кг/га, калию до 44,9 кг/га (Северо-Кавказский регион). При таком балансе без внесения удобрений в течение 3-5 лет урожайность достигает уровня 50-х годов, когда сбор зерновых составлял 7,4 ц/га, сахарной свеклы – 105 ц/га, подсолнечника – 5,1 ц/га, картофеля – 81 ц/га. Как указывает Сычев В.Г., данные по интенсивности баланса азота, фосфора и калия в почвах России в 1996-98 г.г. свидетельствуют о том, что низкий уровень применения удобрений ведет к падению почвенного плодородия. По данным автора, дальнейшее выращивание сельскохозяйственных культур без применения удобрений в течение 10-15 лет приведет к снижению содержания элементов питания в почве до уровня 1965-1970 годов.
Низкие урожаи сельскохозяйственных культур связаны с неблагоприятными почвенно-климатическими условиями Нечерноземной зоны: недостатком тепла, большим процентом переувлажненных почв, неудовлетворительными физическими свойствами, низкой культурой земледелия. В то же время до 25% хозяйств России, освоив научные системы применения удобрений в комплексе с другими приемами агротехники, получают устойчивые урожаи сельскохозяйственных культур. В опыте ВИУА в Смоленской области (длительностью 17 лет) на произвесткованной почве при сочетании органических (10 т/га) и минеральных N80P80K80удобрений (80 кг действующего вещества на 1 га) удалось в течение двух ротаций поддерживать продуктивность севооборота на уровне 46-48 ц/га зерновых единиц. В аналогичном опыте ВИУА в Московской области (длительностью 20 лет) при использовании органоминеральной системы удобрений (в среднем за год 12,5 т/га навоза и N127P75R176) среднегодовая продуктивность составила 50 ц/га зерновых единиц, а оплата 1 кг удобрений – 6 кг зерновых единиц (Милащенко Н.З.).