Оптимизация агроэкологического состояния дерново-подзолистых почв Тверской области на основе регионального мониторинга тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.08, доктор биологических наук Фирсов, Сергей Александрович

• Фирсов, Сергей Александрович
• доктор биологических наук
• 2011

Оглавление диссертации доктор биологических наук Фирсов, Сергей Александрович

Введение 4

Обзор литературы

1. Значение агрохимических параметров в оценке экологического состояния почв

1.1. Характеристика гумусового состояния почв, как важнейшего показателя экологического благополучия ландшафтов 7

1.2. Значение кислотно-основных свойств в обеспечении экологической устойчивости дерново-подзолистых почв 10

1.3. Кальциевый режим и его роль в проявлении протекторных свойств дерново-подзолистых почв 16

1.4. Особенности фосфатного режима низкоплодородных почв и мерыпо его регулированию 19

1.5. Значение и пути регулирования*калийного режима почв 23

1.6. Природоохранное значение сочетания известкования с минеральными удобрениями 27

1.7. Агроэкологическая оценка новых форм удобрений, применяемых в сельском хозяйстве

1.7.1. Эффективность применения конверсионного мела в качестве известкового удобрения 33

1.7.2. Эффективность применения гуминовых препаратов 40

1.8. Влияние антропогенных факторов сельскохозяйственного производства на содержание в почве тяжелых металлов 51

2. Глава. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Почвенно-климатические условия 58

2.2. Методы проведения исследований 66

3. Мониторинг пахотных почв Северо-запада Российской Федерации

3.1. Методические аспекты экологического мониторинга. 78

3.2. Динамика изменениякислотности дерново-подзолистых почв разного гранулометрического состава 82

3.3. Динамика изменения содержания органического вещества дерново-подзолистых почв разного гранулометрического состава 102

3.4. Динамика фосфатного режима дерново-подзолистых почв в земледелии Тверской области 114

3.5. Калийный режим дерново-подзолистых почв и эффективность калийных удобрений 137

3.6. Продуктивность дерново-подзолистых почв 156

4. Влияние гуминового препарата «Плодородие» на продуктивность сельскохозяйственных культур

4.1. Влияние гумата «Плодородие» на урожайность льна-долгунца 169

4.2. Влияние гуминового препарата на урожай и качество зерна ярового ячменя

4.2.1. Фенологические наблюдения

4.2.2. Влияние агрохимических приёмов на формирование продуктивности ярового ячменя 174

4.2.3. Влияние гуминового препарата «Плодородие» на формирование качества зерна ячменя 177

4.3. Формирование продуктивности многолетних трав и качества продукции в условиях применения гумата «Плодородие» 179-182.

4.4. Формирование урожайности картофеля в условиях применения гуминового препарата «Плодородие» 182

4.5. Эффективность применения гуминового препарата «Плодородие» в севообороте со льном и картофелем 198-200'

4.6. Изменение агрохимических свойств дерново-подзолистой почвы при использовании гуминового препарата Плодородие 200

5. Агроэкологическая оценка применения(известьс0держащих отходов промышленности.в.качестве известковых удобрений

5.1. Экологические аспекты применения ¡конверсионного мела.на дерново-подзолистых кислых почвах в условиях микрополевот го опыта 204

5.2. Влияние конверсионного мела на накопление фтора в.дерново-подзолистых почвах и растительной продукции 208

5.3: Исследование миграции кальция и» стронция из дерново-подзолистых почв е инфильтрационными водами 209

5:4. Эффективность конверсионного мела как известкового удобрения в полевых условиях 211

5.5. Агроэкологическая' эффективность применения конверсионного мела при зимнем известковании 216

5.6. Экологическая оценка длительного последействия конверсионного мела 218

6. Мониторинг экологической безопасности почв

6.1 .Оценка безопасности почв по содержанию тяжелых металлов 221

6.2. Мониторинг качества,растениеводческой продукции. 233

6.3. Содержание естественных радионуклидов в дерново- подзолистых почвах различного гранулометрического состава 235

6.4. Радиологический мониторинг техногенного загрязнения* почв 240

6.5. Мониторинг качества сельскохозяйственной продукции 248

Выводы 253

Список используемой литературы 257

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптимизация агроэкологического состояния дерново-подзолистых почв Тверской области на основе регионального мониторинга»

Низкий естественный уровень плодородия, природная пестрота свойств дерново-подзолистых почв Тверской области и крайне неравномерные темпы химизации предопределили необходимость целенаправленного управления процессами повышения и воспроизводства плодородия почв. Для получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур, продукции высокого качества, обеспечения экологической безопасности окружающей среды, необходимо поддержание определенного содержания макро —и микроэлементов в почве и снижение избыточной кислотности почв, что можно обеспечить дозированным внесением всех видов удобрений.

Больше половины пахотных почв Нечерноземной зоны имеет избыточную кислотность (рН менее 5,5), причем площадь кислых почв, вследствие крайне низкого уровня известкования и резко отрицательного баланса кальция, постоянно возрастает. Ежегодный, недобор урожая сельскохозяйственных культур только в Нечерноземной'зоне из-за избыточной кислотности составляет ежегодно 8 — 10 млн. тонн сельскохозяйственной продукции, в пересчете на зерно, в целом же по Российской Федерации 16—18 млн. тонн (Шильников И.А., Сычев В.Г. и др., 2008).

Решение проблемы* рационального использования средств химизации земледелия имеет особое-народнохозяйственное значение для* Тверской^ области, как и в целом для Нечерноземья, где за счет удобрений формируется около 50% урожая сельскохозяйственных культур.

Вг период с 1991 года отмечается резкое, более чем в 10 раз уменьшение применения минеральных и органических удобрений, средств химической мелиорации, средств защиты растений и т.д. В результате почти полного прекращения работ по сохранению и повышению плодородия почв наблюдается нарастание процессов деградации почв. В таких условиях следует ожидать ухудшения состояния почв: снижения содержания основных питательных элементов, сокращения запасов гумуса, увеличения кислотности почв. В свою очередь, отмеченные изменения в агрохимических свойствах не могут не отразиться на экологическом состоянии почв, в частности, на поведении загрязняющих веществ, в частности тяжелых металлов.

В связи с этим повышается роль экспериментальных и мониторинговых исследований, которые позволяют своевременно выявить изменения основных эколого-агрохимических параметров, при необходимости разработать оперативные корректирующие агрохимические приемы и прогноз 1 состояния плодородия почв в перспективе.

Анализ состояния и динамики изменения плодородия почв за последние 10 лет показывает, что экстенсивное ведение сельскохозяйственного производства, привело к отрицательному балансу органического вещества и элементов минерального питания в земледелии, снижению урожайности и валовых сборов в большинстве регионов России. По данным агрохимслужбы более 40% пахотных почв'России имеют низкое содержание гумуса, в Северо - Западном районе -66%, Центральном -48%.

Всё это обусловило то, что последние годы во всех регионах страны, в том числе Тверской области, уже выведены из сельскохозяйственного оборота сотни тысяч гектаров земли, сократились посевные площади и поставлено под угрозу состояние основы функционирования^ сельскохозяйственного производства - плодородия почвы.

В условиях резкого снижения производительности в аграрном производстве и ухудшения состояния продовольственной безопасности большое значение приобретает возможность расширения, сырьевой' базы и поиск новых источников.поставок,органических удобрений и химических мелиорантов. Опыт отечественного и зарубежного сельского хозяйства показывает, что отходы промышленности можно утилизировать, не угрожая при этом окружающей среде. В различных регионах страны и за рубежом проведены исследования по использованию отходов промышленности в сельскохозяйственном производстве, которые свидетельствуют об агрономической ценности и возможном применении их в качестве химических мелиорантов.

Ресурсы и эффективность органических удобрений могут быть увеличены за счёт использования гуминовых удобрений, выпускаемых на основе различных природных органических источников, в т.ч. сапропелей. Испытания большого числа гуминовых препаратов в производственных условиях показали их высокую эффективность, в сочетании с другими средствами химизации они оказывают многостороннее положительное действие на все важнейшие агрохимические показатели и функции почв.

В работе, на основе данных агрохимического обследования почв, агро-экологического локального мониторинга на реперных участках и полевых опытов, обобщены результаты исследований, выполненные автором и под его научным руководством по установлению закономерностей изменения параметров агрохимических свойств почв, выявлению рациональных систем удобрения, известкования и фосфоритования, а также системы контроля над изменением плодородия почв, урожайности сельскохозяйственных культур и эффективности удобрений с использованием экономико-статистических показателей. Изучение состояния почв в системе ландшафта производилось с учётом совокупности агроэкологических факторов:, ранжирования^ их с точки зрения лимитирующего влияния на возделывание сельскохозяйственных культур и возможностей их преодоления. Согласно систематизации данных агрохимического обследования для учёта и сравнения лимитирующих факторов введены следующие показатели: к управляемым факторам относится обеспеченность почв элементами питания; главным образом азотом, фосфором и калием, к регулируемым — реакция среды, окислительно-восстановительное состояние, мощность пахотного слоя, к ограниченно регулируемым — неоднородность почвенного покрова, связанная с микрорельефом, водный и тепловой режимы, содержание гумуса, нерегулируемым — гранулометрический и минералогический состав, рельеф, погодные условия: Непрерывно возрастает актуальность комплексного радиационного мониторинга окружающей среды в районах размещения атомных электростанций (АЭС). Это обусловлено, в первую очередь, назревшей перспективой интенсивного развития атомной- энергетики, которая, по мнению подавляющего большинства специалистов, является единственной' альтернативой электростанциям на углеводородном топливе, способной* в полной мере удовлетворить энергетические потребности. При оценке экологической безопасности АЭС оцениваются не только размеры радиоактивных выбросов, безопасность работы реакторов и непосредственное воздействие радиации на окружающую среду, но и антропогенное воздействие на недра, поверхностные и грунтовые воды, ландшафт в целом, на отдельные экосистемы, живые организмы и др. Для поддержания экологической безопасности требуется обязательное проведение экологического мониторинга, изучение экосистем, являющихся биоиндикаторами воздействия АЭС на окружающую среду. Особая роль отводится мониторингу состояния почв сельскохозяйственных угодий. Для контроля распространения радионуклидов в системе почва-растение и выявления площадей и уровней загрязнения нами проводится мониторинг на всей площади сельскохозяйственных угодий области, на реперных и контрольных участках 50-ти километровой зоны вокруг АЭС. В настоящей работе разработана программа и проведено-обобщение результатов радиационного мониторинга в системе почва-растение.

Тверская область относится к наиболее крупным областям европейской части России. В'её состав входят 36 административных районов, из которых 22 района расположены в зоне обслуживания ФРУ центра агрохимической службы «Тверской». Исследования проведены, за. период 1966-2010 годы-в соответствии заданиями МСХ РФврамках Федеральной» Целевой Программы «Повышение плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения на 2006 - 2010 г.г. и нашериод до 2012 года» и научно-исследовательского плана ВНИИ Агрохимии имени Д.Н. Прянишникова.

Автор- диссертации- выражает благодарность научному консультанту академику РАСХН Сычёву В.Г., сотрудникам ФГУ Н АС «Тверской» и лаборатории химической мелиорации.почв¿РНУ ВНИИА за, ценные советы, сотрудничеством методическую помощь по данной работе.