Автореферат (1151660), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 51 научной работе, в том числе в 2-х монографиях, 8-и статьях в журналах, рекомендуемых ВАК, получено 4 патента на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав и выводов, изложена на 302 страницах машинописного текста, иллюстрирована 39 рисунками, содержит 94 таблицы и 14 приложений. Список литературы включает 362 наименований, в том числе 32 на иностранном языке.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении показана актуальность проблемы, сформулированы цель и задачи исследований, методология и методика их проведения, новизна и практическая значимость полученных результатов.
В первой главе проведен анализ понятийного аппарата, дана характеристика малопродуктивных и деградированных почв и их распространение на территории России, описаны виды деградации почв, среди которых основной акцент сделан на процессы дегумификации, даны способы восстановления почвенного плодородия и предложена концептуальная модель решения проблемы повышения почвенного плодородия.
Малопродуктивные и деградированные почвы характеризуются низким содержанием гумуса; малой емкостью катионного обмена; невысокой степенью насыщенности основаниями; кислой или щелочной реакцией почвенного раствора; неблагоприятным для биоты химическим составом; слабой микробиологической активностью; низкой буферностью. Для пахотных почв РФ низкая продуктивность преимущественно связана с нарушением структуры и снижением содержания гумуса (В.А. Ковда, 1979). Существует несколько систем для оценки распространения малопродуктивных почв разработанных В.В. Докучаевым, Н.М. Сибирцевым, И.И. Кармановым, Д.И. Шашко, К.В. Зворыкиным, В.М. Фридландом, Ю.В. Федориным и др. Система почвенно-агроэкологического районирования сельскохозяйственных земель (Е.И. Панкова, А.Ф. Новикова, 2000), позволяет выделить почвенно-агроэкологические пояса и объединить земли близкие по продуктивности и главному фактору, лимитирующему плодородие.
Пути повышения плодородия деградированных почв связаны с ликвидацией причин и последствий деградации и восстановлением их исходного вещественно-энергетического состояния. В работах И.И. Карманова, В.И. Кирюшина, Н.Б. Хитрова, Д.С. Орлова, Ф.Р. Зайдельмана, И.В. Кузнецова, Н.В. Иванова, Л.В. Кирейчевой, Нгуен С. Х. и др. предложена систематизация процессов деградации, позволяющая обосновать мероприятия, направленные на повышение продуктивности деградированных почв.
Разнообразие почв, большинство из которых не отличается высоким естественным плодородием, крайне низкий биоклиматический потенциал значительной части территории России предполагают необходимость разработки систем земледелия, ключевым звеном которых является сбалансированное применение органических и минеральных удобрений (В.И. Никитишен, 2005). В диссертации рассматриваются способы повышения плодородия почв путем внесения органического вещества различной этиологии. Однако в современных условиях реальная обеспеченность пашни органическими удобрениями составляет не более 10%, поэтому актуальной задачей является расширенный возврат органического вещества в почву в форме более эффективных органических веществ на основе нетрадиционных и малоиспользуемых природных ресурсов (Г.Е. Мерзлая и др., 2006). Почвенный гумус формирует почвенную структуру, является источником элементов питания растений, обеспечивает жизнедеятельность почвенных микроорганизмов, способствует детоксикации почвы и влияет на формирование ее буферных свойств (В.Г. Минеев, 1988). По данным В.Г. Сычева, Д.С. Орлова и др. к 2004 году на преобладающей территории РФ баланс гумуса в пахотном слое характеризуется как отрицательный, 46% почв имеют низкое и очень низкое содержание гумуса. Анализ государственных докладов «О состоянии окружающей природной среды» показывает, что, начиная с 1991 года, внесение минеральных удобрений на гектар сельскохозяйственных угодий снизилось в 7-8 раз, дефицит органических удобрений составляет более 80%.
Традиционно мелиоративные приемы, направленные на повышение содержания гумуса в почвах, основаны на внесении значительных доз органических удобрений (Д.Н. Прянишников, Т.Н. Кулаковская, Н.Г. Ковалев, В.И.Кирюшин, А.М. Лыков, Г.Е. Мерзлая, В.Г. Сычев, Л.Л Шишов и др.). Как правило, дозы удобрений рассчитываются исходя из потребностей растений в элементах питания, поэтому при использовании негумифицированных органических материалов требуется постоянное внесение органических удобрений, что в конечном итоге может привести к загрязнению почв и грунтовых вод, эвтрофированию водоемов, снижению качества сельскохозяйственной продукции. Использование гумифицированного органического вещества торфа более экологично, но менее эффективно, так как требуется больше времени на его минерализацию, а при высоких дозах внесения приводит к повышению кислотности почвы. Резервными источниками почвенного гумуса могут стать сапропели, так как они содержат гумифицированное органическое вещество и кислотно-щелочную буферную систему, препятствующую подкислению почвы. В сапропелях содержится от 30 до 70% и более минеральных компонентов преимущественно илистой фракции, обеспечивающих формирование органоминеральных комплексов и способствующих закреплению гумусовых веществ в почве. Состав и структура сапропелей характеризует их не только как источники элементов питания растений, но и как структурообразователи и мелиоранты, улучшающие гранулометрический состав почвы, повышающие емкость катионного обмена (ЕКО), улучшающие состав почвенного поглощающего комплекса (ППК). По определению Н.В. Кордэ (1956) «сапропели это тонкоструктурные коллоидные отложения континентальных водоемов, содержащие значительное количество органического вещества, некоторое количество неорганических компонентов биогенного происхождения и минеральные примеси привносного характера». Из истории земледелия известно, что озерные илы с незапамятных времен использовались в сельском хозяйстве для удобрения преимущественно песчаных и супесчаных почв (Е.М. Титов, 1885, Ю.Г. Саушкин, 1926, А.В. Смирнов, 1962 и др.). Еще Плиний в «Естественной Истории» писал, что «белый туф», найденный среди водных источников, обладает «бесконечным плодородием». Первые научные исследования сапропелей как природных ресурсов органического сырья в нашей стране относятся к концу XIX – началу ХХ века (Н.Д. Залесский, 1914). В России, начиная с 30-х годов, проводилось изучение эффективности сапропелей в качестве удобрений (Ф. Бурмистров, Н. Полянский, 1935, А.В. Смирнов, 1963, М.З. Лопотко, 1983, Н.А. Бракш, 1971, Н.В. Попов, 1994 и др.). Технология добычи и внесения сапропелей достаточно отработана и разработаны рекомендации по его применению в качестве удобрения (ВНИИГиМ – А.М. Царевский, А.В. Смирнов, Е.Д. Томин, А.И. Фомин, Л.В. Кирейчева и др.). В Белоруссии также разработана технология получения сапропелевых удобрений (СУ). Многообразие состава сапропелей позволяет получать на их основе удобрения и мелиоранты различных свойств и назначений: органические сапропели в качестве органических удобрений, кремнеземистые и смешанные в виде органоминеральных удобрений, карбонатные в виде известковистых удобрений и химмелиорантов (таблица 1).
Анализ обобщенных данных удобрительного действия сапропелей (М.З. Лопотко, Г.А. Евдокимова, А.В. Смирнов, Б.Н. Хохлов и др.) показывает сравнительно невысокую эффективность СУ. Для получения такой же прибавки урожая, как и от навоза, дозы сапропеля должны быть в среднем в 3 раза выше. Установлено, что внесение пресноводных сапропелей в почву сохраняет запас гумуса на более длительный срок, чем внесение других органических материалов, но недостаточно эффективно влияет на продуктивность почв. Требуются новые подходы к решению проблемы повышения почвенного плодородия, основанные на активизации процессов гумусообразования.
Характеристика почвенного гумуса представлена во многих работах (А. Тэер, В.Р. Вильямс, И.В. Тюрин, А.А. Роде, М.М. Кононова, Л.Н. Александрова, Д.С. Орлов, Ф. Дюшофур, Р.Л. Тейт, и др.). Энергетическая характеристика почвенного гумуса определяет его как «основной запас потенциальной биогенной энергии, сосредоточенный в почвенном покрове в виде органического вещества почвы и наиболее специфической его части – почвенном гумусе» (И.П. Бабьева и др. 1989). По данным В.А. Ковды (1979) в гумусе почвенной оболочки земли аккумулировано 5·1018кДж энергии.
Таблица 1 – Состав и свойства сапропелей, используемых в качестве удобрений
Тип сапропеля | ||||
Состав и свойства сапропелей | Органический | Карбонатный | Смешанный | Кремнеземистый |
рН (KCl)* | 6,2 4,6-7,4 | 7,2 7,0-8,2 | 7,2 5,5-7,8 | 6,3 4,4-7,8 |
Остаток после прокаливания (ОПП), %* | 26,5 4,2-30,0 | 56,1 40,0-85,0 | 45,8 25,0-65,0 | 46,5 30,0-65,0 |
СаО, % * | 2,1 0,1-5,8 | 36,6 30,0-51,8 | 18,2 8,1-30,0 | 3,6 0,8-4,8 |
N общ., %* | 3,4 2,4-4,5 | 1,4 0,5-2,2 | 2,3 1,2-3,3 | 1,8 0,5-2,8 |
Фосфор (Р2О5),%* | 0,18 0,10-2,50 | 0,35 0,31-0,56 | 0,43 0,10-3,90 | 0,19 0,07-0,67 |
Органическое вещество, % | 76,4 70-93 | 27,8 25-60 | 46,1 44-68 | 45,4 25-60 |
Гуминовые в-ва (Собщ.), % | 25,7 | 11,1 | 21,7 | 22,5 |
Гуминовые кислоты (СГК), % | 19,5 | 5,4 | 13,2 | 11,9 |
Степень гумификации, (СГК/Собщ,), % | 76 | 48 | 61 | 53 |
Гидолитическая кислотность, мг-экв/100г | 50,2** 17,5-106,0 | 0,66 (оз. Неро) | 30,8** 6,3-69,0 | 39,2** 6,1-103,2 |
Сумма поглощенных оснований, мг-экв/100г | 90,3 ** 44,9-188,5 | 99,3 (оз.Неро) | 195,3 ** 24,9-490,6 | 115,5** 27,5-415,3 |
Емкость катионного обмена, мг-экв/100г | 75,9 ** 46,4-114,0 | 100 (оз. Неро) | 70,7** 42,9-120,0 | 63,4** 5,7-78,9 |
Примечание: *) по данным Госагропрома РСФСР, 1989; **) по данным М.З. Лопотко, 1983
Уровень организации агробиоценоза определяется соотношением поступающей и исходящей энергии (Г. и Э. Одум, 1978, В.Д. Самуилов, 1994). Сельскохозяйственная деятельность нарушает это соотношение, что может выражаться в снижении запасов энергии гумуса и появлении деградационных процессов в почве. При вмешательстве антропогенного фактора резко возрастает поток исходящей энергии почвенных экосистем с отчуждаемым урожаем, поэтому необходимо регулировать количество поступающей энергии, в том числе за счет внесения в почву органических веществ и активизации процессов гумусообразования. На целесообразность использования энергетических критериев при характеристике гумуса указали еще С.А. Ваксман (1937) и И.В. Тюрин (1937). Существующие методы энергетической оценки органических соединений базируются на термодинамике абиотического окисления, однако, процессы минерализации гумуса и гумусообразование основаны на ферментативных реакциях (М.М. Кононова, 1963), поэтому для энергетической оценки почвенного гумуса целесообразно использовать закономерности трансформации энергии в биологических системах.
Характеристика почвенного гумуса на информационном уровне связана с матричной организацией почвенной структуры (М.И. Дергачева, 1989, Т.А. Зубкова, Л.О. Карпачевсий, 2000, 2001, С.Н. Чуков, 2003 и др.). «Почвенная матрица – поверхность твердых почвенных частиц с активными центрами, около которых определенным образом формируются слои адсорбированных веществ» (Т.А. Зубкова, Л.О. Карпачевский, 2000). Это понятие интегральное, в состав почвенной матрицы входят минеральные, органические и органоминеральные матрицы, которые характеризуются как участки поверхности минералов, органических соединений и органоминеральных комплексов, индуцирующих процессы почвообразования.