Агрохимия, 2020, № 10, стр. 9-14

ВВЕДЕНИЕ

Почвенно-земельные ресурсы – самая востребованная часть окружающей природной среды, экономическая и экологическая нагрузка на которую имеет постоянную тенденцию к возрастанию, и, что особенно важно, эти ресурсы представляют пространственную гарантию стабильной жизни и деятельности настоящего и будущих поколений. Согласно Почвенной карте РСФСР М 1 : 2 500 000 [1], общая площадь Красноярского края составляет 233.97 млн га или 13.7% территории РФ. На долю почвенного покрова приходится 224.14 млн га, что составляет 95.8% площади региона. В структуре почвенного покрова почти 35% занимают горные почвы, а площадь под лесными почвами составляет 108.86 млн га или 48.5% от почвенного покрова.

Красноярский край – один из крупнейших производителей продовольствия на востоке России. Регион занимает 2-е место в СФО по производству продукции сельского хозяйства, по урожайности зерновых культур на протяжении последних 15 лет – первое место. Средняя урожайность зерновых культур стабильно держится на уровне 22–24 ц/га и имеет значительную вариацию в хозяйствах и в природных зонах. Например, земледельцы Чулымо-Енисейской котловины, ведущие свое хозяйство преимущественно на агрочерноземах, на фоне высоких доз удобрений получают до 50 ц/га, хозяйства, расположенные в Ачинско-Боготольской лесостепи – 12–15 ц/га. Природно-климатические и экономические риски создают постоянные угрозы стабильности объемов сельхозпроизводства и обусловливают высокие издержки производителей. Среднегодовое количество осадков в степных и лесостепных зонах края меняется от 200 до 450 мм, что не гарантирует стабильного уровня высокой продуктивности сельскохозяйственных культур. Две трети осадков выпадает в теплый период. В большинстве лет максимальное количество осадков приходится на вторую половину вегетации, минимальное – на первую. Исследования, проведенные на агрочерноземах Канской лесостепи, а также анализ зависимости урожайности зерновых культур на 10-ти госсортоучастках Красноярского края от количества осадков показали, что критический период растений по отношению к влаге приходится на интервал от 3-й декады мая до 1-й декады июля [2].

В соответствии с интегральной оценкой качества почв для сельскохозяйственного использования, проведенной в 2013 г., Красноярский край отнесен к “наиболее неблагоприятным” регионам [3]. Доля почв, непригодных для аграрного производства составляет 81%. Площадь самых плодородных, и, следовательно, наиболее продуктивных почв – агрочерноземов, по сравнению с общей площадью, незначительна – ≈2%, что соответствует ≈4,1 млн га. По данным Управления Росреестра по Красноярскому краю, площадь сельхозугодий в регионе составляет 4921.7 тыс. га, в том числе: пашня – 2966.2, залежь – 125.5, сенокосы – 669.2, пастбища – 1145.7 тыс. га. Не используется 1136.6 тыс. га ранее распаханных земель, которые, по нашему мнению, фактически являются разновозрастными залежными землями. Благодаря этой обширной площади край является одним из главных производителей продовольственного и товарного зерна в Сибири. Сельскохозяйственное производство ведется, прежде всего, на наиболее плодородных, высокобонитетных почвах, требующих меньше затрат на обработку, удобрения и средства защиты растений.

На значительной площади пашни используют экстенсивные или среднеинтенсивные (нормальные) технологии возделывания сельскохозяйственных культур, при которых урожай формируется в основном за счет естественного плодородия почв, которое отражает их производительную способность. Оценка производительной способности почв крайне важна при определении их бонитета, распределении или перераспределении почвенных ресурсов между отраслями аграрного производства, определения инвестиционной привлекательности, повышения доходности земледелия. Огромные массивы черноземов все еще не востребованы, находятся под редколесьями, залежами, либо используются как пастбища. В настоящее время они должны рассматриваться как недоучтенный резерв для расширения площади пахотных угодий и как важнейший, наиболее сбалансированный для жизни человека экологический ресурс. Безусловно, сибирские агрочерноземы уступают европейским аналогам в плодородии, имеют ряд провинциальных, чаще всего негативных особенностей, однако недооценивать их производительную способность и экологическое значение нельзя.

Цель работы – определить производительную способность агрочерноземов Красноярского края и установить изменение их свойств при различных уровнях интенсификации земледелия.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

На основании обширного экспедиционного и аналитического материала установлено, что в пределах земледельческой части Красноярского края выделяется 4 типа агрочерноземов: агрочернозем глинисто-иллювиальный оподзоленный (4.7%), агрочернозем глинисто-иллювиальный (55.5%), агрочернозем (38.0%), агрочернозем текстурно-карбонатный (1.4%). Они не образуют выраженных почвенных поясов и представлены разными родами, видами и разновидностями: от малоплодородных мелких, слабогумусированных, часто карбонатных до высокоплодородных, среднемощных и мощных, тучных. Данные почвы приурочены к 6-ти природным округам: Ачинско-Боготольскому, Красноярскому, Канскому, Назаровскому, Чулымо-Енисейскому и Южно-Минусинскому. По распространению черноземов регион занимает 2-е место в СФО. Вместе с Алтайским краем здесь сосредоточено около 50% всех сибирских черноземов.

Полевые опыты проводили на комплексах черноземов выщелоченных и обыкновенных (по классификации 1977 г. [4]). В соответствии с классификацией 2004 г. [5], эти почвы относятся к агрочерноземам глинисто-иллювиальным и агрочерноземам Канской лесостепи (Солянский стационар), а также комплексам деградированных агрочерноземов и агрочерноземов глинисто-иллювиальных Красноярской лесостепи (Мининский стационар) (табл. 1). Анализы агрохимических свойств почв проводили по общепринятым методикам [6]. Производительную способность почв оценивали по уровню урожайности культур в контрольных вариантах полевых агрохимических опытов. Почвенно-экологические индексы (ПЭИ) рассчитывали по апробированным методикам [7, 8]. Результирующий ПЭИ, как итоговый показатель, определяли как произведение почвенного, климатического и агрохимического индексов. Расчет индексов выполнен при помощи автоматизированной электронной системы (АЭС), разработанной на базе Microsoft Excel. Для расчетов привлекали результаты собственных исследований и опубликованные данные [9]. По каждому из показателей имеются математически достоверные средние и их доверительный интервал.

Высокое содержание гумуса характерно для агрочерноземов глинисто-иллювиальных и агрочерноземов (табл. 2). Агрочернозем глинисто-иллювиальный и агрочернозем дисперсно-карбонатный отличаются от него меньшим содержанием гумуса на 1 и 2% соответственно. Все почвы имеют близкую к нейтральной реакцию, очень высокую и высокую обеспеченность подвижным фосфором и обменным калием.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Агрочерноземы Красноярского края обладают хорошими физическими, водно-физическими, физико-химическими и агрохимическими свойствами. Это самые плодородные почвы региона. Температурный режим агрочерноземов относится к умеренно-холодному длительно-промерзающему фациальному подтипу [4], более напряженному по сравнению с западно-сибирскими и особенно европейскими аналогами [10]. Жесткий температурный режим определяет ряд провинциальных особенностей красноярских агрочерноземов: укороченный гумусовый горизонт, повышенная гумусированность, карманистость, наличие признаков оглеения, слоистая текстура, короткий период биологической активности и, как следствие, повышенная эффективность азотных удобрений. Для данных почв характерна комплексность почвенного покрова и литологическая неоднородность почвообразующих пород. Палеокриогенный бугристо-западинный рельеф территории обусловливает формирование парагенетических рядов почв и значительную пестроту почвенного покрова, активно проявляющуюся в сильном варьировании урожайности сельскохозяйственных культур. Одно из проявлений комплексности и пестроты почвенного покрова – это наличие затеков, языков или карманов на границе гумусового и иллювиального горизонтов. Такие образования формируются под влиянием резкой засухи летом и сильного промерзания зимой, что приводит к растрескиванию почвы и перемещению мелкозема, обогащенного гумусом, вниз по профилю почвы. Примерно 50% всех черноземов распаханы, поэтому широко распространены их эродированные и дефлированные разновидности.

В структуре почвенного покрова распаханных массивов Красноярского края агрочерноземы занимают ≈62%. ПЭИ основных типов этих почв достаточно высокий, находится в пределах 47–48 баллов и снижается в агрочерноземе текстурно-карбонатном до 32 баллов (табл. 3).

Эрозия существенно (на 20 баллов), а дефляция менее значимо (7–13 баллов) понижают их ценность. В целом агрочерноземы региона имеют высокие для Сибири почвенный и агрохимический индексы, а также итоговый ПЭИ. Если же сравнивать по этим показателям агрочерноземы Красноярского края с агрочерноземами Краснодарского края, имеющих ПЭИ, равный 100 баллам, то оказывается, что разница в их плодородии составляет 2, а с учетом эрозии и дефляции – более чем 3 раза.

В условиях региона проведена серия полевых многолетних опытов по изучению влияния содержания гумуса, лабильных гумусовых веществ на продуктивность зерновых культур. Определены математические зависимости, на основе которых построены модели урожайности и разработаны градации содержания в почве гумуса и лабильных гумусовых веществ. Зависимости между содержанием в почве гумуса, его лабильных форм и урожайностью характеризуются как прямые и средние. Связь существенна только при достаточно низких величинах содержания гумуса (2.1–5.1%) и лабильных гумусовых веществ (90–393 мг С/100 г почвы). Этот вопрос подробно рассмотрен в ранее опубликованной работе [11]. Для агрочерноземов глинисто-иллювиальных, среднесуглинистого и тяжелосуглинистого гранулометрического состава применительно к зерновым культурам предложено использовать следующие оценочные градации: содержание гумуса (%) – <2.0 – очень низкое, 2.0–3.0 – низкое, 3.0–4.0 – среднее, 4.0–5.0 – высокое, >5.0 – очень высокое; содержание лабильных гумусовых веществ (мг С/100 г почвы) – <100 – очень низкое, 100–200 – низкое, 200–300 – среднее, 300–400 – высокое, >400 – очень высокое.

На территории региона интенсивно развивается водная, ветровая и комплексная эрозия. Эрозии разных видов и интенсивности подвержено 1249.5 тыс. га сельскохозяйственных угодий, из них: дефляции – 663.9 (53.1%), водной эрозии – 397.2 (31.8%), комплексной – 188.4 тыс. га (15.1%) [12]. Наличие эрозии стало результатом взаимодействия природных факторов и хозяйственной деятельности человека, выразившейся в сведении лесных массивов, сплошной распашке землепользования, без учета ландшафтных особенностей и отсутствия противоэрозионных мероприятий. Созданные в 1960-е гг. лесные полосы в основном находятся в неудовлетворительном состоянии и не способны обеспечить защиту почвенного покрова.

На основании многолетних исследований установлено [13], что в агропочвах региона содержание лабильного органического вещества (ЛОВ) изменяется в пределах 0.15–1.55% массы почвы. По сравнению с почвами, занятыми сельскохозяйственными культурами, содержание ЛОВ уменьшается в почвах чистых паров на 30 и увеличивается в почвах разновозрастных залежей на 59%. Для оценки содержания ЛОВ пахотных почв земледельческой части края предложена градация (%): <0.30 – очень низкое, 0.31–0.60 – низкое, 0.61–0.90 – среднее, 0.91–1.20 – повышенное, 1.21–1.50 – высокое, >1.51 – очень высокое. Для оценки степени выпаханности почв используют долю содержания ЛОВ в органическом веществе почвы (%). Применительно к пахотным почвам Красноярского края предложена градация (балл): <3.0 – очень слабая, 3.1–6.0 – слабая, 6.1–9.0 – средняя, 9.1–12.0 – сильная, >12.1 – очень сильная.

Уровень плодородия агрочерноземов и обеспеченность региона осадками обусловливает целесообразность внедрения в систему земледелия края зернопропашных севооборотов [14]. Опыты, проведенные на агрочерноземах Канской лесостепи (Солянский стационар КНИИСХ), показали, что без применения удобрений урожайность зерновых культур севооборота в среднем составляет 20–24 ц з.е./га (табл. 4). В опытах с удобрениями на агрочерноземах Красноярской лесостепи (Мининский стационар КНИИСХ) установлено, что при благоприятных гидротермических условиях вегетационного периода урожай ячменя достигает 30–35 ц/га без удобрений и до 50 ц/га – при внесении N55Р20К40 [15]. Эта величина может служить оценкой производительной способности черноземов Красноярского края. Длительное применение минеральных удобрений (N40Р20К20) на комплексе агрочернозема глинисто-иллювиального и агрочернозема за 7 ротаций 6-польного севооборота увеличило содержание обменного калия в почве с 16.9 до 19.4, подвижного фосфора – с 20.9 до 25.4 мг/100 г почвы. Внесение органических удобрений (навоз КРС 30–60 т/га в паровое поле) не обеспечило достоверного увеличения содержания гумуса (0.28% при НСР₀₅ = 0.30), но определило повышение содержания подвижного фосфора (r  = = 0.80), а также улучшило нитрификационную способность почвы (r  = 0.76). Использование удобрений привело к повышению продуктивности севооборотов на 40–50%. Наибольшую окупаемость 1 кг д.в. обеспечили азотные удобрения – 20–35 кг зерна, а окупаемость 1 кг д.в. фосфорных удобрений составила 18–27 кг зерна [16].

В Красноярском крае не используется 1.14 млн га ранее распаханных земель, которые фактически можно считать разновозрастными залежами. Накопление гумуса и его подвижных соединений, а также общего азота в почве в условиях залежи происходит пропорционально продолжительности периода сезонной биологической активности почв: чем он продолжительнее (в границах 104–122 сут), тем быстрее восстанавливается гумусное состояние [17]. Предложен регламент освоения залежных земель в зависимости от степени интенсификации хозяйств. Для оптимизации использования и вовлечения в пахотный фонд залежных земель необходимо проведение инвентаризации земель сельскохозяйственного назначения на уровне хозяйств, формирование агроландшафтов с оптимальным соотношением угодий. Ограничением для перевода земель из залежи в пашню может служить высокая доля (в %) распаханности территории, проявление дефляции почв в сильной степени, наличие крутых склонов (>7°), загрязнение почв химическими соединениями.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Общая площадь агрочерноземов в Красноярском крае составляет 4.1 млн га, среди них доминируют типы агрочернозем глинисто-иллювиальный (60.2%) и агрочернозем (38.0%). Почвы обладают хорошими физическими, водно-физическими, физико-химическими и агрохимическими свойствами. Жесткий температурный режим определяет ряд провинциальных особенностей красноярских агрочерноземов: укороченный гумусовый горизонт, повышенную гумусированность, короткий период биологической активности, карманистость, наличие признаков оглеения, слоистую текстуру. Данные почвы составляют основу пашни региона.

Установлено, что производительная способность агрочерноземов оценивается на уровне 20–24 ц/га и зависит от уровня естественного плодородия почв, гидротермических условий вегетационного периода и соблюдения научно-обоснованных технологий возделывания сельскохозяйственных культур.

Показано, что почвенно-экологический индекс (ПЭИ) агрочерноземов изменяется от 47.7 до 31.9 балла, и уменьшаются в ряду: агрочернозем глинисто-иллювиальный – агрочернозем – агрочернозем дисперсно-карбонатный. Развитие эрозии и дефляции в средней степени понижает величину ПЭИ соответственно на 20 и 7–13 баллов.

Величина итогового почвенно-экологического индекса в большей степени определяется показателями почвенного индекса. Величины агрохимического и климатического индексов нивелированы в связи с тем, что оценивали почвы одного генезиса, близкие по свойствам и особенностям плодородия.