CC BY
153
ВЛИЯНИЕ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ЭФФЕКТИВНОЕ ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВЫ
К.И. Привало, О.Е. Привало, Л.Г. Мамонова, О.Ю. Железняк
Аннотация. Дана оценка влияния органо-
минеральных удобрений на эффективное плодородие в условиях АПК Курской области. Интенсивность использования земли оценивается по выходу физиологически полезной энергии, заключенной в фитомассе урожая с единицы посевной площади или пашни. Установлено, что в Курской области, как и по всей России, на сравнительное увеличение выхода обменной энергии, при низком уровне внесенных удобрений, в основном влияет удельный вес зерновых в структуре посевных площадей. Указан оптимальный путь развития сельскохозяйственного производства, экономически эффективный и экологически устойчивый.
Ключевые слова: баланс азота, биологизация, плодородие почвы, эффективное плодородие, интенсивность, обменная энергия, посевная площадь, математическая модель, фитомасса урожая, удобрения.
Длительное развитие аграрной отрасли по пути химико-техногенной интенсификации производства, характерными чертами которой являются узкая специализация и высокий уровень концентрации производства, использование тяжеловесной высокопроизводительной техники и рост применения средств химизации привело к резкому снижению плодородия почвы.
Потребительская, по отношению к природе, деятельность человека, вызвала ухудшение качественного состояния земельных, водных и воздушных ресурсов, которое, в свою очередь, обусловило нарушение экологической сбалансированности и устойчивости сельского хозяйства, вследствие чего падает плодородие почв. Сложился отрицательный баланс питательных веществ в почвах и их неблагоприятное соотношение. Ежегодный вынос питательных веществ из почвы в 3 раза превышает их возврат с вносимыми минеральными и органическими удобрениями. При этом большая часть урожая в современном земледелии формируется за счет мобилизации естественного почвенного плодородия [1].
Кроме того, резкое сокращение численности поголовья крупного рогатого скота нарушило экологическое равновесие в сфере материального производства сельскохозяйственной продукции, привело к нарушению рациональной системы земледелия, связанного: с сокращением посевов кормовых культур, однолетних и многолетних трав; адекватным увеличением посева зерновых культур, удельный вес которых достигает сегодня 70% и более; сокращение норм внесения удобрений, при практически полном исключении из применяемой системы органических удобрений.
В результате производственное использование почвы на протяжении последних 10-15 лет осуществляется при отрицательном балансе питательных веществ (К, Р, К), когда применяемые дозы удобрений не возмещают выноса питательных веществ с урожаем сельскохозяйственных культур, что приводит к потере почвенного гумуса, а, следовательно, и плодородия почвы. Кроме того, использование комплексных минеральных удобрений, при отсутствии органики и требуемой ротации культур, ведет не только к засорению почвы, но и к её переуплотнению, что также негативно сказывается на восстановлении содержания гумуса и её плодородии.
Отсюда, предотвращение снижения плодородия почвы является одной из важнейших проблем, поскольку от обеспеченности почвы необходимыми питатель-
ными веществами зависит качество и объем синтезируемой растениями биомассы урожая, а также эффективность использования ее как энергоносителя [2].
Восстановление плодородия почвы возможно посредством биологизации земледелия: наиболее полной и эффективной утилизации местных природных ресурсов, адаптивной структуры растениеводства и животноводства, максимального использования средообразующего и средовосстановительного потенциала растений, а также за счет ограничения техногенного воздействия на агроэкосистемы.
Среди мер по биологизации земледелия, ведущих к экономии ресурсов и энергии в растениеводстве, важное место з анимает построение севооборотов на принципах плодосмены и однородности севооборотных площадей, по уровню плодородия почвы, а также оптимизация структуры посевных площадей. Важным фактором является оптимальная степень насыщения севооборотов многолетними травами. Многолетние травы являются хорошим предшественником, имеют почвоулучшающие и почвозащитные свойства, которые предотвращают эрозионные процессы, оптимизируют гумусовое состояние, обеспечивают возделываемые растения земными факторами жизни, а также играют фитосанитарную роль.
Однако полный отказ от применения техногенных факторов, по мнению многих авторов, в реальных условиях не возможен и не рационален, необходимо обоснованно сочетать использование биологических и техногенных ресурсов [3].
Результаты многих исследований показывают, что устранить дефицит питательных веществ в почве одними лишь биологическими приемами, без применения минеральных удобрений, очень сложно, даже невозможно. Поэтому большой практический интерес представляет изучение эффективности использования системы минеральных удобрений, применительно к конкретным условиям хозяйствования.
В связи с этим нами был осуществлен анализ и дана оценка эффективности использования минеральных удобрений в условиях АПК Курской области. Для исследований взяты статистические данные отражающие развитие растениеводства за период с 2000 по 2010 годы [4].
По этим статистическим и расчетным данными была сформирована матрица, включающая показатели: выход обменной энергии в фитомассе урожая и внесение минеральных удобрений (в пересчете на 100% питательных веществ) на гектар посева, а также удельный вес зерновых в структуре посевных площадей (таблица 1).
На основе матрицы была построена математическая модель, отражающая зависимость выхода обменной энергии от удельного веса зерновых в структуре посевных площадей, уровня внесения минеральных удобрений, с учетом размера дефицитности баланса азота.
Полученная производственная функция имеет следующий вид:
У=18,17+20,35 •х1-8,18 •-х2+31,86ха2-19,14 ^ -х2, где У - выход обменной энергии с 1 га посевных площадей, ГДж;
хь х2 - нормированные значения удельного веса зерновых в структуре посевных площадей, % и внесенных минеральных удобрений на 1 га посевной площади, кг д.в./га соответственно. Данная функция адекватно описывает изучаемую зависимость, а статистическая достоверность коэффициентов при независимых переменных величинах достаточно высокая.
Таблица 1 - Зависимость интенсивности использования пашни от уровня внесения минеральных удобрений
Показатели Годы
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
ОЭ, ГДж/га 14,52 15,83 19,13 15,72 17,72 20,29 19,05 20,07 30,66 27,01 13,99
Минеральные удобрения, кг д.в. на гектар 24 24 33 36 45 46 68 89 98 100 102
Удельный вес зерновых, % 58,82 61,59 63,82 59,53 63,73 66,51 68,04 69,34 73,76 73,65 66,03
Таблица 2 -Динамика выноса и возврата минеральных удобрений по азоту в среднем по Курской области (2000-2010 годы)
Показатели Годы
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
ОЭ, ГДж/га 14,52 15,83 19,13 15,72 17,72 20,29 19,05 20,07 30,66 27,01 13,99
Удельный вес зерновых, % 58,82 61,59 63,82 59,53 63,73 66,51 68,04 69,34 73,76 73,65 66,03
Вынесено азота, кг с 1га. зерновых 44,31 49,84 60,44 50,1 53,2 58,75 54,9 57,55 83,8 74,41 45,82
Внесено азота, кг на 1 га. зерновых 25,57 22,72 21,87 24,55 27,2 28,2 35,2 38,2 44,2 47,2 49,2
Баланс азота -18,7 -27,1 -38,6 -25,6 -26 -30,5 -19,7 -19,4 -39,6 -27,2 3,4
Оценка приведенной модели, с использованием математического анализа, позволила установить, что абсолютного экстремума при сложившихся условиях нет, да и быть не может из-за несоблюдения научных основ земледелия. Однако построенная модель позволяет сделать ряд качественных выводов о влиянии изучаемых факторов на уровень интенсивности использования земли, которые помогут выявить наиболее приемлемые пути ресурсосбережения в растениеводстве применительно к данным условиям хозяйствования.
Для осуществления оценки влияния системы удобрений на изучаемый выходной параметр дозы используемых минеральных удобрений были зафиксированы на трех уровнях - минимальном (24 кг д.в./га), среднем (60,45 кг д.в./га) и максимальном (102 кг д.в./га), которые входят в данный массив. В результате были получены три уравнения:
У=22+29,3 •х1+31,86 •х12 У= 18,2+20,35 •х1+31,86 •х12 У=13,81+10,15^х1+31,86^х12
Каждая из этих зависимостей носит параболический характер. При низком уровне затрат на удобрения (экстенсивный путь развития), увеличение выхода обменной энергии с урожаем основных возделываемых культур от 13 ГДЖ/ га и выше может быть достигнуто только за счет значительного роста в структуре посевных площадей удельного веса зерновых культур. Такая же ситуация сложилась и при среднем и максимальном по данному массиву (интенсивный путь развития) уровне затрат на удобрения. Так, при среднем уровне затрат на удобрения максимальное значение обменной энергии 30,7 ГДЖ/ га можно получить лишь при удельном весе зерновых в структуре посевных площадей, равным 73,3%.Это свидетельствует о низкой интенсивности производства, при которой не достигается ни экономическая эффективность отраслей сельского хозяйства, ни экологическая стабильность в пределах агроэкосистемы.
О деградации почв, в сложившихся условиях ведения сельского хозяйства Курской области, свидетельствует также проведенный нами сравнительный анализ выноса и возврата питательных веществ с одного гектара посевных площадей на примере зерновых культур. При расчете величины внесенного азота на один гектар зерновых учтены были статистические данные как по минеральным
удобрениям (в пересчете на 100% питательных веществ), так и органическим (таблица 2).
Из данных, приведенных в таблице 2, следует, что в сложившихся условиях хозяйствования, лишь в 2010 году имел место положительный баланс азота при 66% удельном весе зерновых и наименьшим (по массиву) выходом обменной энергии. В этом году имели место неблагоприятные метеоусловия. В среднем за исследуемые годы дефицит баланса выноса азота с урожаем составляет минус 24,5 кг/га., а уровень вносимых минеральных удобрений не превышает 30 кг действующего вещества по азоту. При этом между уровнем дефицитности баланса азота и интенсивностью использования земли, оцениваемой по выходу обменной энергии в фитомассе урожая, существует теснейшая обратная корреляция, при Я= -0,59. Теснейшая обратная корреляция, при Я= -0,63, существует также между уровнем дефицитности баланса азота и выносом азота с одного гектара зерновых.
Эти результаты свидетельствуют о том, что при существующей структуре посевных площадей и уровнем внесения минеральных и органических удобрений, последние практически не оказывают влияния на эффективное плодородие почвы.
В ранее проведенных авторами исследованиях в условиях стационарного опыта при высоком уровне вносимых удобрений (среднее значение 120 кг. д.в. на один гектар севооборотной площади) получены результаты, позволяющие указать оптимальный вариант развития сельскохозяйственного производства. Анализ этих результатов показывает, что при внесении удобрений на среднем уровне, увеличение выхода обменной энергии с урожаем может быть в равной мере достигнуто как за счет снижения удельного веса зерновых до 25%, гак и при его возрастании до 59%. С точки зрения экономической эффективности эти два пути равноценны. Однако с экологической точки зрения они имеют разное значение.
Так, увеличение удельного веса зерновых в структуре посевных площадей до 59% возможно лишь в условиях интенсивных зерновых севооборотов, используемых на пашне, расположенных на склоне до 3° и не подверженной эрозии. Это объясняется тем, что возделывание зерновых культур связано с сильным техногенным воздействием на почву, которое, если не учитывать экологические требования, может привести к исто-
щению почвы, то есть к серьезным негативным последствиям.
Другой путь, предполагающий сокращение удельного веса посева зерновых до 25 %, является наиболее оптимальным и соответствует экономически эффективному и экологически устойчивому сельскохозяйственному производству. Именно такая структура посевных площадей характерна для западных стран с высокоразвитым аграрным сектором: США-25%, Европейские страны -28-35% зерновых.
Оптимальный вариант системы хозяйствования предполагает сокращение удельного веса посева зерновых и соответствует экономически эффективному и экологически устойчивому сельскохозяйственному производству, так как снижение посевных площадей, занятых под зерновыми, предполагает:
- во-первых, интенсивное ведение зернового хозяйства, обеспечивающее урожайность зерновых культур не менее 60-70 ц/га;
- во-вторых, соответствующее увеличение удельного веса кормовых культур в структуре посевов до 4044%, обеспечивающее не только высокий выход энергии с урожаем, но и способствующее восстановлению и повышению плодородия почвы;
-в-третьих, высокий удельный вес посева кормовых культур улучшает кормовую базу и повышает интенсивность ведения животноводства, обеспечивает растениеводство ценными органическими удобрениями.
Список использованных источников
1 Доклад о состоянии и использовании земель сельскохозяйственного назначения / Министерство сельского хозяйства. - М., 2010. - 100с.
2 Технология производства, хранения, переработки продукции растениеводства и основ земледелия/В.Д. Муха, Н.И. Картамышев, Д.В. Муха и др. - М.: КолосС, 2007.-580с.
3 Парахин, Н.В. Многолетние травы: и корма, и удобрения, и защита почв / Н.В. Парахин // Животноводство Рос-сии.-2003.-№3.-С. 30-31.
4 Сводный статежегодник Курской области. 2010: Статистический сборник/ Территориальный орган Федеральной службы государственной статистики по Курской области. -Курск, 2010. - 471 с.
Информация об авторах
Привало Клавдия Ильинична, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры высшей и прикладной математики ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА».
Привало Олег Евгеньевич, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры разведения сельскохозяйственных животных и зоогигиены ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА».
Мамонова Людмила Геннадьевна, кандидат экономических наук, доцент кафедры информационных и электротехнических систем и технологий ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА».
Железняк Оксана Юльевна, кандидат сельскохозяйственных наук, преподаватель ГБОУ ВПО «Юго-Западный государственный университет».
