CC BY
16
УДК 633.358:631.613
ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВОЗДЕЛЫВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР НА ЭРОЗИОННО ОПАСНЫХ СКЛОНАХ НА ПРИМЕРЕ ГОРОХА
А.П. ВАСИЛЬЧЕНКО, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник (e-mail: [email protected])
Э.А. ГАЕВАЯ, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник
Донской зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства, ул. Институтская, 1, пос. Рассвет, Аксайскийр-н, Ростовская обл., 346735, Российская Федерация
Резюме. Исследования проведены в многофакторном стационарном опыте в Аксайском районе Ростовской области в 1990-2015 гг. Опыт был заложен в 1986 г. в системе контурно-ландшафтной организации территории склона крутизной до 3,5-4,0°. Эксперименты проводили в течение 26 лет на среднеэро-дированном склоне, в севооборотах разной конструкции: севооборот I с 20% чистого пара и севооборот II, где чистый пар был заменен на горох. Оба севооборота развернуты в пространстве и во времени в трехкратной повторности. Размещение делянок рендомизированное. Применяли три уровня органоминераль-ного питания растений и две системы основной обработки почвы. В севообороте c чистым паром количество смытой почвы колеблется от 3,5 до 4,0 т/га в зависимости от обработки почвы. Замена чистого пара горохом позволяет сократить смыв почвы на 40-69%, а применение чизельной обработки - на 12-19%. Наибольшее количество гумуса теряется со стоком и смывом в севообороте с чистым паром при отвальной обработке: от 1,44 до 1,59 ц/га. Экологический эффект от применения обработок на эрозионно опасных склонах был оценен по экономии затрат на восстановление плодородия почв, утраченного в результате процессов эрозии. Эти затраты при чизельной обработке были в пределах 1,0-1,2 тыс. руб./га, при отвальной обработке они были меньше на 20,6%. Экономический эффект оценивают по снижению затрат на выполнение технологических операций. Использование чизельной обработки почвы под горох позволяет сэкономить до 16% горюче-смазочных материалов и до 18% заработной платы. Затраты, израсходованные на возделывание культуры с использованием чизельной обработки, на 16,4% меньше, чем отвальной. При проведении эколого-экономической оценки возделывания гороха рентабельность была наибольшей при чизельном способе обработки почвы. Ключевые слова: горох, сток, смыв, гумус, азот, фосфор, калий, эколого-экономическая оценка, рентабельность. Для цитирования: Васильченко А.П., Гаевая Э.А. Эколого-экономическая оценка возделывания сельскохозяйственных культур на эрозионно опасных склонах на примере гороха //Достижения науки и техники АПК. 2016. Т. 30. № 2. С. 61-64.
Современная агроэкономическая ситуация требует совершенствования систем земледелия, а также внедрения почвозащитных технологий возделываемых сельскохозяйственных культур, основанных на новых методологических принципах. Академик А.Н. Каштанов считает, что без здоровой экологии не может быть здорового производства. Общепризнанно, что на данном этапе развития сельскохозяйственной науки стоит задача создания экологически и экономически эффективного производства, способного решать задачу наращивания выпуска продукции при одновременном сохранении окружающей среды [1].
В степной зоне Ростовской области большинство земель подвержено ветровой и водной эрозии. Для предотвращения процессов деградации необходим переход на ландшафтное земледелие. Одно из важных направлений его успешного развития - создание высокопродуктивных агроценозов зернобобовых культур, которые решают биоэкологические проблемы современного земледелия.
Этому способствует оставление на поле корневых и пожнивных остатков, которые выполняют почвозащитную роль, снижая сток талых и ливневых вод и предотвращая потери органического вещества почвы в результате эрозии [2-4].
Основная зернобобовая культура в нашей стране -это горох, обладающий высоким потенциалом урожайности, но в последние годы посевные площади под ним значительно сократились [5].
Наиболее важное условие увеличения урожайности гороха - это разработка технологий выращивания с использованием удобрений и современных средств защиты растений. Под эту культуру в большинстве случаев используют отвальную систему обработки почвы, которая ведет к большим потерям влаги из-за испарения. Использование новой современной почвообрабатывающей и посевной техники позволит обеспечить ресурсосберегающее возделывание гороха и повысить эффективность его производства [6-8].
Обеспечить агроэколого-экономическую эффективность природоохранной системы земледелия можно только на основе рационального построения механизированных производственных процессов, научной проработки организационно-экономических мероприятий по их выполнению. Комплексный учет требований, предъявляемых к рациональной организации производственных процессов на склоновых землях, позволяет оптимизировать и разумно использовать основные факторы производства: земельные, материальные, трудовые, финансовые ресурсы и предпринимательство [9].
Цель исследований - изучение эколого-экономической оценки способов возделывания сельскохозяйственных культур в условиях эрозионно опасного склона Ростовской области на примере гороха.
Условия, материалы и методы. Исследования проведены в многофакторном стационарном опыте, расположенном на склоне балки Большой Лог, Аксайского района Ростовской области в 1990-2015 гг. Опыт заложен в 1986 г. в системе контурно-ландшафтной организации территории склона крутизной до 3,5-4,0° с комплексом гидротехнических приемов и простейших сооружений: валов-канав и валов-террас, позволяющих снизить до безопасных пределов сток талой и ливневой воды и смыв почвы.
Почва опытного участка - чернозем обыкновенный, тяжелосуглинистый на лессовидном суглинке, среднеэро-дированный. Среднегодовой сток 20 мм (максимальный 34,4 мм). Среднегодовой смыв почвы 18,5 т/га (максимальный - 42 т/га). Мощность Апах - 25-30 см, А+В - от 30 до 60 см в зависимости от смытости. Порозность пахотного горизонта 61,5%, подпахотного - 54%. Предельная полевая влагоемкость (ППВ) - 33-35 весовых процентов, влажность завядания - 15,4%. Содержание гумуса в почве 3,8-3,83%. Содержание в слое 0-30 см общего азота 0,140,16%, валового фосфора 0,14-0,16% и валового калия 2,26-2,43%. Исходное содержание подвижных фосфатов -15,7-18,2 мг/кг, обменного калия 282-337 мг/кг почвы.
Климат зоны проведения исследований - засушливый, умеренно жаркий, континентальный. Среднее многолетнее количество осадков 492 мм, распределение их в агрономической оценке часто (3,7 года из каждых 10) малоблагоприятное. Среднегодовая температура 8,8°С,
средняя температура января -6,6°С, июля +23°С, минимальная зимой -41°С, максимальная летом +40°С. Безморозный период 175-180 дн. Сумма активных температур 3210-3400°С [10].
Урожайность гороха изучали в севообороте I с 20% чистого пара (чистый пар, озимая пшеница, подсолнечник, яровой ячмень, многолетние травы) в качестве контроля и в севообороте II (горох, озимая пшеница, подсолнечник, яровой ячмень, многолетние травы), где поле чистого пара было заменено горохом. Оба севооборота развернуты в пространстве и во времени в трехкратной повторности. В опыте изучали новые сорта гороха донской селекции: Приазовский, Сармат, Аксайский усатый, Аксайский усатый 5. Делянки размещены рендомизированно. Применяли три уровня органоминерального питания растений: «0» - естественное плодородие; «1» - полуперепревший навоз крупного рогатого скота (КРС) 5 т/га + ^6Р24К30; «2» - полуперепревший навоз КРС 8 т/га + ^4Р30К48. Уровни питания приведены на 1 га севооборотной площади в год. Также изучали две системы основной обработки почвы: чизельная (Ч) и отвальная (О).
Эколого-экономическую оценку систем земледелия рассчитывали по методике, предложенной Е.В. Полуэк-товым [11]. В нее входили такие показатели: производственные затраты на возделывание культуры, затраты на возмещение ущерба от эрозии, продуктивность культуры, себестоимость, стоимость произведенной продукции, условный чистый доход, рентабельность, экономический эффект, окупаемость дополнительных затрат.
Оценку экологической эффективности противоэрози-онных мероприятий можно провести с использованием коэффициента подверженности разрушающим процессам, который характеризует степень равновесия между эрозионными и почвообразовательными процессами и определяется как частное от размера годовых потерь почвы на допустимую норму потери почвы от водного стока и смыва. По данным Е.В. Полуэктова в Ростовской области в результате естественного почвообразования ежегодно образуется 3-3,5 т/га почвы, поэтому эту величину принято считать за условно допустимые потери от смыва [12]. Математическую обработку полученных результатов проводили методом дисперсионного анализа по Б.А. До-спехову [13].
результаты и обсуждение. В наших исследованиях наибольшее количество смытой почвы на склоновых землях крутизной до 3,5-4,0° было отмечено при отвальной обработке почвы после весеннего снеготаяния. За годы исследования максимальный смыв был зарегистрирован 16 т/га, а минимальный - 0,5 т/га. Вариабельность этого показателя значительная (и = 32,6-52,8).
В севообороте II замена чистого пара горохом сокращает смыв почвы на 40-69%. Применение чизельной обработки почвы, при которой на поверхности поля остается стерня, позволяет сократить смыв почвы в севообороте с
чистым паром на 12%, а в севообороте, не содержащем поле чистого пара - на 19% (рис. 1).
Наиболее устойчивые к эрозионным процессам поля севооборотов заняты культурами сплошного сева - это многолетние травы и озимая пшеница. В наших исследованиях для предотвращения смыва почвы был использован комплекс мероприятий, включающих применение чизельной обработки. Эти мероприятия позволили сократить смыв почвы на 12-19%, что и подтверждает коэффициент подверженности эрозионным процессам (рис. 2).
рис. 2. Коэффициент подверженности эрозионным процессам в севооборотах различной конструкции и способах обработки почвы.
Поле чистого пара - наиболее незащищенное в эрозионном плане, относительно полей, занятых культурами сплошного сева. В севообороте, имеющем в своей структуре чистый пар, отмечен наиболее высокий коэффициент подверженности эрозионным процессам. За 26 лет прослеживается тенденция увеличения потерь гумуса по мере интенсификации фона удобрений и способа основной обработки почвы (табл. 1). Наибольшее количество гумуса теряется со стоком и смывом в севообороте с чистым паром при отвальной обработке: от 1,44 до 1,59 ц/га в зависимости от уровня применения удобрений. В сумме за 26 лет исследований эти потери колеблются от 18 до 41 ц/га. В севообороте, где 40% пашни в зимний период занято культурами сплошного сева, потери гумуса меньше на 40-45%.
Таблица 1. Потери гумуса в севооборотах различной конструкции в зависимости от уровня применения удобрений и способа обработки почвы, ц/га
Способ Уровень применения удо-
Севооборот обра- брений
ботки 0 1 1 2
Севооборот I Ч 1,27 1,30 1,39
О 1,44 1,48 1,59
Севооборот II Ч 0,69 0,72 0,77
О 0,87 0,90 0,97
рис. 1. Смыв почвы в севооборотах различной конструкции с различным содержанием пара и способами обработки почвы.
НСР05 = 0,007 ц/га
Обработка почвы также имеет существенное ^факг > F05) значение при учете потерь гумуса со смывом почвы. Использование почвозащитных обработок с оставлением на поверхности поля стерни позволяет сократить твердый сток и смыв на 11-20%, в сравнении с отвальной обработкой. Уровень применения удобрений, как и обработка почвы, влияет на потери гумуса. В результате систематического внесения навоза в повышенных дозах в севообороте, имеющем в структуре посевных площадей горох, содержание гумуса составляет 3,68-4,08%, а в севообороте с 20% чистого пара - 3,59-3,95%. Применение удобрений увеличивает количество органического вещества, поэтому на уровне применения удобрений «2» со стоком и смывом теряется на 8,6-10,3% больше гумуса, по сравнению с вариантами естественного плодородия.
рис. 3. Компенсация годового ущерба от водной эрозии в пересчете на удобрения в севооборотах различной конструкции и при различных способах обработках почвы, среднее за 2013-2015 гг.: □ - «0» - естественное плодородие; ■ - «1» - полуперепревший навоз КРС 5 т/га + ^6Р24К30; ■ - «2» - полуперепревший навоз КРС 8 т/га + ^4Р30К40.
Один из способов сохранения и восстановления плодородия в севооборотах на эрозионно опасных склонах - это введение культур, способствующих образованию и накоплению гумуса и элементов питания. К таким культурам относятся зернобобовые.
В естественном почвообразовательном процессе участвуют как углерод, поступающий из растительных остатков, так и азот. Горох как культура, способная к симбиотической азотфиксации, поставляет в почву от 5 до 40 кг/га биологического азота. Использование биологического азота позволяет улучшать минеральное питание растений, получать качественную экологически безопасную продукцию, обеспечивает снижение энергозатрат, экономию материальных ресурсов, уменьшает загрязнение окружающей среды продуктами деградации азотных удобрений, решает проблему дефицита растительного белка.
Экологическое состояние пашни связано с ее экономическими характеристиками. Повышение экологической эффективности рассматривается как улучшение плодородия почвы. На плодородных почвах можно получать дополнительную продукцию и повышать экономические показатели хозяйств, где большие площади занимают эрозионно опасные земли, в целом в результате предотвращения ущерба природной среде. При анализе потерь валовых форм азота, фосфора и калия со стоком и смывом (табл. 2) выявлена тенденция, аналогичная потерям гумуса. Наибольшее количество основных элементов питания теряется при отвальной обработке почвы в севообороте с полем чистого пара при повышенном уровне питания растений.
Для оценки ущерба от водной эрозии была рассчитана компенсация годовых потерь гумуса и основных элементов питания в пересчете на навоз и минеральные удобрения. Для этого рассчитали необходимое дополнительное их количество, которое необходимо вносить в почву для компенсации потерь. Наименьшие затраты на восстановление почвенного плодородия отмечены в севообороте, не имеющем в структуре посевных площадей поля
чистого пара. При применении чизельной обработки эти затраты составляют 1,01,2 тыс. руб./га. В сравнении с отвальной обработкой о ни меньше на 20,6%. В севообороте с чистым паром эти затраты при чизельной обработке составляют 1,92,3 тыс. руб./га, а в сравнении с вариантом вспашки они меньше на 13,3% (рис. 3).
Замена чистого пара культурой сплошного сева в севообороте, такой как горох, повышает устойчивость почвы к процессам водной эрозии и как результат - снижение денежных затрат на компенсацию восстановления ущерба в 1,6-1,7 раза при отвальной обработке.
Экологический эффект (предотвращение потери почвы) от применения обработок на эрозионно опасных склонах может быть оценен по экономии затрат на восстановление плодородия почв, утраченного в результате процессов эрозии. Он показывает, сколько почвы было смыто с гектара пашни в результате водной эрозии. Экономический эффект оценивается по снижению затрат на восстановление плодородия внесением органических и минеральных удобрений в пересчете на денежный эквивалент. Также он может быть оценен при замене отвальной обработки почвы на почвозащитную - чизельную. Экономия ресурсов была в снижении затрат на обработку почвы, заработную плату и на дизельное топливо. Использование чизельной обработки почвы под горох позволяет сэкономить до 16% горюче-смазочных материалов и до 18% заработной платы.
При проведении эколого-экономической оценки изучаемых способов обработки почвы было отмечено, что количество затрат на агротехнические операции на 1 га севооборотной площади при возделывании гороха составляет 3,78-4,46 тыс. руб. Использование чизельной обработки почвы в качестве основной позволяет снизить эти затраты на 10,7%, по отношению к отвальному способу основной обработки (табл. 3).
Затраты, израсходованные на возделывание культуры, с учетом затрат, пошедших на возмещение ущерба от эрозии при отвальной обработке, составили 4,87 тыс. руб./га, а при чизельной обработке - на 16,4% меньше. Показатели продуктивности гороха в пересчете на зерновые единицы, а также стоимость произведенной продукции и условный чистый доход при использовании различных видов основной обработки почвы были не существенными, и разница колебалась в пределах ошибки опыта (р > 0,05).
При проведении эколого-экономической оценки различных способов обработки почвы при возделывании
гороха было отмечено, что рентабельность в среднем находилась в пределах от 108 до 123%. При чизельном способе обработки почвы рентабельность была больше, а при отвальной обработке она несколько уступала. Экономический эффект рассчитывали как разницу между результатами экономической деятельности
Таблица 2. Потери валовых форм основных элементов питания в севооборотах различной конструкции в зависимости от уровня применения удобрений и способа обработки почвы, кг/га
Севооборот Способ обработки Годовые потери
азот фосфор \ калий
уровень применения удобрений
0 1 1 2 | 0 | 1 | 2 | 0 | 1 2
Севооборот I Ч 7,1 7,6 7,7 5,3 5,6 6,0 77,3 85,2 95,8
О 8,0 8,6 8,7 6,0 6,4 6,8 88,1 97,1 109,2
Севооборот II Ч 3,8 4,1 4,1 2,8 3,0 3,2 41,4 45,6 51,3
О 4,8 5,1 5,2 3,6 3,8 4,0 52,1 57,4 64,6
Таблица 3. Эколого-экономическая эффективность различных способов основной обработки почвы при возделывании гороха на эрозионно опасных склонах, 2013-2015 гг.
Показатель Способ обработки почвы
Ч О
Производственные затраты, тыс. руб./га 3,78 4,46
Затраты на возмещение ущерба от эрозии тыс. руб./га 1,09 1,37
Всего затрат, тыс. руб./га 4,87 5,83
Продуктивность, тыс. зерн. ед./га 2,65 2,74
Себестоимость 1 тыс. зерн. ед., тыс. руб. 1,84 2,13
Стоимость произведенной продукции, тыс. руб. 26,5 27,4
Условный чистый доход, тыс. руб./га 22,7 23,0
Рентабельность, % 123,8 108,1
Экономический эффект 6,7 -
Окупаемость дополнительных затрат, руб./руб. 1,4 -
в стоимостном выражении и затратами, произведенными для их получения и использования, в сравнении с контролем. Экономический эффект от применения почвозащитной обработки рассчитывали по разности между вариантом опыта и контролем, за который принимали отвальную обработку. В нашем случае экономический эффект был равен 6,7. Окупаемость дополнительных затрат наиболее высокой была в варианте чизельной обработки и составляла 1,4 руб./руб.
выводы. Таким образом, применение чизельной обработки почвы с оставлением на поверхности поля стерни, сокращает смыв почвы на 40-69% в севообороте, не содержащем чистого пара. В севообороте, имеющем в структуре посевных площадей горох и без чистого пара, потери гумуса почвы меньше на 40-45%. Горох за счет симбиотической азотфик-сации поставляет в почву до 40 кг/га биологического азота, который участвует в процессах гумусообразования. Использование чизельной обработки почвы под горох позволяет сэкономить до 16% горюче-смазочных материалов и до 18% заработной платы. Затраты, израсходованные на возделывание культуры, с учетом затрат, пошедших на возмещение ущерба от эрозии при чизельной обработке были на 16,4% меньше, чем при отвальной. Наиболее высокая рентабельность была при чизельном способе обработки и составляла 123%.
Литература.
1. Каштанов А.Н., Лисецкий Ф.Н., Швебс Г.И. Основыландшафтно-экологического земледелия. М.: Колос, 1994. 125 с.
2. Новикова Н.Е., Лаханов А.П. О стабильности урожайности сортов гороха с усатым типом листа //Аграрная Россия. 2002. № 1. С. 43-45.
3. Гаевая Э.А. Воспроизводство гумуса в севооборотах, расположенных на эрозионно-опасных склонах//Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2013. № 2 (40). С. 27-31.
4. Rai R., Shrivastva B.K. Effect of grass on soil reinforcement and shear strength // Proc. Inst. Civ. Eng. Ground Improv. 2012. No 3. P. 127-130.
5. Карпова Л.В. Продуктивность и кормовая ценность зернобобовых культур при выращивании на разных фонах питания // Нива Поволжья. 2010. № 3 (16). С. 22-26.
6. Глазунова Н.Н. Продуктивность сортов гороха при разных технологиях выращивания семян // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2011. № 3 (77). С. 9-13.
7. Горбачева Л.А., Дорожко Г.Р., Власова О.И. Сравнительная оценка способов обработки почвы под горох в зоне умеренного увлажнения ставропольского края // Вестник Ставрополья АПК. 2013. № 1(9). С. 23-27.
8. Новиков В.М. Продуктивность гороха и сои в зависимости от основной обработки почвы и минеральных удобрений // Зернобобовые и крупяные культуры. 2013. № 2 (6). С. 106-112.
9. Городецкий А.П. Эколого-экономические основы природоохранных систем земледелия в эрозионных и эрозионно-опасных агроландшафтах// Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2012. № 2. С. 80-83.
10.. Селянинов Г. Т. Методика сельскохозяйственной характеристики климата // Мировой агроклиматический справочник. Л., М.: Гидрометеоиздат, 1977. 220 с.
11. Полуэктов Е.В., Техина М.В., Техин И.И. Эколого-экономическая оценка систем земледелия с комплексом противоэро-зионных мероприятий // Методические указания для дипломного проектирования. Новочеркасск: НГМА, 2002. 48 с.
12. Полуэктов Е.В., Чешев А.С. Рациональное использование эродированных земель. Ростов-на-Дону: Ростовское книжное издательство, 1990. 127 с.
13. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследования): учебник. Изд. 6-е. М.: ИД Альянс. 2011. 352 с.
ECOLOGICAL AND ECONOMIC ASSESSMENT OF CROP CuLTIVATION ON EROSION THREATENING SLOPES ON AN ExAMPLE OF PEAS
A.P. Vasilchenko, E.A. Gaevaya
Don Zonal Research Institute of Agriculture, ul. Institutskaya, 1, pos. Rassvet, Aksajsky r-n, Rostovskaya obl., 346735, Russian Federation
Summary. The investigations were carried out in multifactor stationary experiment in Aksaj district of Rostov region in 1990-2015. The experiment was carried out in 1986 in the system of contour landscape territory organization of the slope with steepness up to 3.5-4.0 degrees. The experiments were carried out during 26 years at moderately eroded slope in crop rotations of different designs: the crop rotation I had 20% of bare fallow, which was replaced by peas in the rotation II. Both rotations were deployed in space and time in triple replication. The plots were arranged randomly. We used three levels of organic and mineral nutrition of plants and two systems of primary tillage. In the rotation with bare fallow the amount of eroded soil ranges from 3.5 to 4.0 t/ha depending on soil cultivation. The substitution of the bare fallow by peas helps reduce soil erosion by 40-69% and the use of chisel processing - by 12-19%. The greatest amount of humus is lost with flow and ablation in the rotation with bare fallow at moldboard tillage and ranges from 144 to 159 kg/ha. The environmental effect of the soil tillage on erosion threatening slopes was evaluated by the economy of expenses for the restoration of soil fertility, lost due to the erosion processes. The costs of the restoration of soil fertility at chisel tillage were within 1,000-1,200 Rub, while they were lower by 20.6% at moldboard tillage. The economic impact was estimated considering the reduction in costs for technical operations. Using chisel tillage at pea cultivation allows saving up to 16% of fuel and lubricants, and up to 18% of wages. Costs spent for the pea cultivation using chisel tillage are 16.4% less than at the moldboard one. Ecological and economic estimation of pea cultivation showed that the profitability was highest at the chisel tillage. Keywords: peas, flow, ablation, humus, nitrogen, phosphorus, potassium, ecological and economic evaluation, cost-effectiveness Author Details: A.P. Vasilchenko, Cand. Sc. (Techn.), leading research fellow (e-mail: [email protected]); E.A. Gaevaya, Cand. Sc. (Biol.), leading research fellow.
For citation: Vasilchenko A.P., Gaevaya E.A. Ecological and Economic Assessment of Crop Cultivation on Erosion Threatening Slopes on an Example of Peas. Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2016. Vol. 30. No 2. Pp. 61-64 (in Russ.).
