Адаптивно-ландшафтные системы земледелия
Покупка
Основная коллекция
Издательство:
Волгоградский государственный аграрный университет
Автор:
Зеленев Александр Васильевич
Год издания: 2018
Кол-во страниц: 316
Дополнительно
В учебном пособии даны методологические и практические основы адаптивно-ландшафтных систем земледелия Нижнего Поволжья, представлена характеристика составных звеньев, включающих системы севооборотов, обработки почвы, удобрений, интегрированной защиты растений, селекции и семеноводства, технологии возделывания сельскохозяйственных культур. Раскрывается сущность и механизм формирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия в условиях современного сельскохозяйственного производства.
Предназначено для использования в учебном процессе высших учебных заведений при подготовке магистрантов, обучающихся по программе «Агроэкология» направлению 35.04.03 «Агрохимия и агропочвоведение», аспирантов, научных работников.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- 35.00.00: СЕЛЬСКОЕ, ЛЕСНОЕ И РЫБНОЕ ХОЗЯЙСТВО
- ВО - Магистратура
- 35.04.03: Агрохимия и агропочвоведение
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Департамент научно-технологической политики и образования Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Волгоградский государственный аграрный университет» А.В. Зеленев А.И. Беленков АДАПТИВНО-ЛАНДШАФТНЫЕ СИСТЕМЫ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ Волгоград Волгоградский ГАУ 2018
УДК 631.58 ББК 41.4 З-48 Рецензенты: доктор сельскохозяйственных наук, заведующий лабораторией «Селекция и семеноводство сельскохозяйственных культур» ФГБНУ ВНИИ орошаемого земледелия В.В. Толоконников; доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры «Растениеводство, селекция и семеноводство» ФГБОУ ВО Волгоградского ГАУ Г.А. Медведев Зеленев, Александр Васильевич З-48 Адаптивно-ландшафтные системы земледелия: учебное пособие / А. В. Зеленев, А. И. Беленков.– Волгоград: ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ, 2018. – 316 с. В учебном пособии даны методологические и практические ос новы адаптивно-ландшафтных систем земледелия Нижнего Поволжья, представлена характеристика составных звеньев, включающих системы севооборотов, обработки почвы, удобрений, интегрированной защиты растений, селекции и семеноводства, технологии возделывания сельскохозяйственных культур. Раскрывается сущность и механизм формирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия в условиях современного сельскохозяйственного производства. Предназначено для использования в учебном процессе высших учебных заведений при подготовке магистрантов, обучающихся по программе «Агроэкология» направлению 35.04.03 «Агрохимия и агропочвоведение», аспирантов, научных работников. УДК 631.58 ББК 41.4 © ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ, 2018 © Зеленев А. В., Беленков А. И., 2018
ОГЛАВЛЕНИЕ Введение .............................................................................................. 6 1 Метологические основы проектирования адаптивно ландшафтных систем земледелия .............................................. 8 1.1 Понятие и сущность ..................................................................... 8 1.2 Структура и содержание .............................................................. 10 1.3 Классификация .............................................................................. 12 1.4 Методологические подходы к разработке .................................. 14 1.5 Методологические принципы ...................................................... 16 1.6 Агротехнологии ............................................................................. 17 1.7 Агроэкологическая оценка и группировка земель .................... 25 1.8 Агроэкологическая классификация земель ................................ 28 1.9 Продуктивность агрофитоценоза как функции воздействия комплекса почвенно-климатических факторов ............................ 34 2 Научно-практические основы проектирования звеньев адаптивно-ландшафтных систем земледелия .......................... 43 2.1 Организация территории землепользования .............................. 43 2.1.1 Противоэрозионная .................................................................... 43 2.1.2 Противодефляционная ............................................................... 45 2.1.3 Малопродуктивные аридные территории ............................... 47 2.2 Система севооборотов .................................................................. 49 2.2.1 Принципы построения ............................................................... 49 2.2.2 Проектирование севооборотов в различных условиях ........... 55 2.2.3 Комплексная оценка .................................................................. 61 2.3 Система обработки почвы ............................................................ 62 2.3.1 Агроэкологические принципы ................................................. 62 2.3.2 Система обработки почвы в севообороте ............................... 65 2.3.3 Энергетическая оценка систем обработки почвы .................. 83 2.4 Система удобрения ....................................................................... 86 2.4.1 Понятие о системе удобрения, принципы проектирования 86 2.4.2 Обоснование системы удобрения. Принципы применения удобрений в севооборотах ............................................................ 89 2.4.3 Определение доз минеральных удобрений .............................. 95 2.4.4 Баланс элементов питания ........................................................ 103 2.4.5 Баланс гумуса в почвах севооборота ....................................... 105 2.4.6 Приемы оптимизации системы удобрения .............................. 107 2.4.7 Рациональная система удобрения в севооборотах ................. 111 2.4.8 Приемы повышения усвоения элементов питания ................. 115 2.4.9 Применение удобрений в зависимости от агроэкологических и производственных условий ....................................................... 116
2.4.10 Внесение минеральных удобрений в точных агротехнологиях 119 2.4.11 Регламенты применения удобрений ...................................... 125 2.4.12 Агроэкологическая оценка системы удобрения ................... 127 2.5 Система защиты растений ............................................................ 133 2.5.1 Теоретические и практические основы защиты культурных растений от сорняков, болезней и вредителей ............................. 133 2.5.2 Основные вредители и болезни полевых культур .................. 151 2.5.3 Оценка целесообразности применения защитных мероприятий 153 2.5.4 Принципиальная схема защиты растений ............................... 158 2.5.5 Оценка мероприятий по защите растений ............................... 164 2.6 Селекция и система семеноводства ............................................. 171 2.6.1 Роль селекции ............................................................................. 171 2.6.2 Система семеноводства ............................................................. 175 2.6.3 Основные направления развития селекции и семеноводства 189 3 Ресурсосберегающие технологии возделывания сельскохозяйственных культур в адаптивно-ландшафтных системах земледелия .................................................................................... 199 3.1 Современная техническая оснащенность, требования и условия совершенствования ................................................................ 199 3.2 Техническая и навигационная обеспеченность технологий 204 3.3 Инновационные технологии возделывания полевых культур, их научно-производственная оценка ........................................... 224 3.3.1 Технология возделывания озимой пшеницы .......................... 224 3.3.2 Технология возделывания озимой ржи .................................... 228 3.3.3 Технология возделывания яровой пшеницы ........................... 229 3.3.4 Технология возделывания ярового ячменя .............................. 231 3.3.5 Технология возделывания овса ................................................. 233 3.3.6 Технология возделывания гречихи ........................................... 234 3.3.7 Технология возделывания проса .............................................. 236 3.3.8 Технология возделывания гороха ............................................. 238 3.3.9 Технология возделывания нута ................................................ 239 3.3.10 Технология возделывания кукурузы на зерно ...................... 241 3.3.11 Технология возделывания сорго на зерно ............................. 243 3.3.12 Технология возделывания суданской травы ......................... 244 3.3.13 Технология возделывания подсолнечника ............................ 245 3.3.14 Технология возделывания сафлора красильного .................. 247 3.3.15 Технология возделывания горчицы ....................................... 247 3.3.16 Технология возделывания льна масличного ......................... 248 3.3.17 Технология возделывания многолетних трав ....................... 249 3.3.18 Технология возделывания бахчевых культур ....................... 250 3.3.19 Технология улучшения сенокосов и пастбищ ....................... 252
4 Организация звеньев адаптивно-ландшафтной системы земледелия с использованием гис-технологий ........................ 260 4.1 Проектирование и освоение в конкретных почвенно климатических условиях .............................................................. 260 4.2 Агроэкологическая оценка и оптимизация базовых звеньев 265 4.3 Информационно-аналитическое обеспечение ........................... 269 Глоссарий ............................................................................................ 276 Список использованной литературы ........................................... 312
ВВЕДЕНИЕ Нижнее Поволжье обладает высоким производственно ресурсным и природно-экологическим потенциалом. Увеличение объема валовой продукции возможно благодаря внедрению системы «сухого земледелия». Но в современных условиях эта система земледелия не может обеспечить наращивание производства сельскохозяйственной продукции, повышение устойчивости и эффективности аграрного производства. Интенсивное земледелие привело к нарушению экологического равновесия территории, разрушению природных ландшафтов, усилению деградации и опустынивания земель, ухудшению водного режима, загрязнению окружающей среды, обострению неблагоприятного воздействия засух и суховеев, снижению продуктивности и устойчивости агроландшафтов. Изменения почвенно-климатических, экономических и организационных условий требуют разработки системы земледелия нового поколения, которая учитывала бы весь спектр современных природно-экономических особенностей. Дальнейшее развитие системы земледелия нового поколения основано на принципах системности с использованием геоинформационной сети (ГИС) при адаптивно-ландшафтном обустройстве территории. Основными факторами их адаптации являются биологизация и экологизация; классификация земель по агроэкологическим условиям; почвозащитная организация территории; характер использования каждого поля; рациональное размещение севооборотов и защитных лесных насаждений; оптимизация структуры угодий и посевных площадей; применение почвозащитных влаго- и энергосберегающих технологий возделывания полевых культур. Этим требованиям отвечают адаптивно-ландшафтные системы земледелия (АЛСЗ). Адаптивно-ландшафтные системы земледелия разрабатываются на основе максимального приспособления хозяйственной деятельности человека к разнообразным условиям природной среды и эффективного их использования для различных агроэкологических групп земель и разных уровней интенсификации производства. Целью изучения дисциплины является формирование систем ного мировоззрения, представлений, теоретических знаний, практических умений и навыков по методологическим основам и способам разработки, оценки, внедрения, освоения современных адаптивноландшафтных систем земледелия. Задачи: изучить показатели пригодности земель для выращива ния полевых культур; обосновать научные основы современных систем земледелия и их влияние на экологическую безопасность; выяс
нить методики обоснования и разработки адаптивно-ландшафтных систем земледелия для различных организационных форм агропромышленного комплекса и их освоение. В результате освоения дисциплины магистрант должен: Знать: агроэкологическую группировку почв; параметры эколо гической безопасности агроландшафтов; методику проектирования современных адаптивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур; сущность, механизм построения, современные проблемы, экологические аспекты, составные элементы адаптивноландшафтных систем земледелия. Уметь: выявлять благоприятные почвы для сельскохозяйствен ных культур; параметры экологической безопасности агроландшафтов; разрабатывать модели и проекты агротехнологий на различную продуктивность сельскохозяйственных культур; оценивать состояние составных элементов, обосновать направления и методы решения современных проблем в адаптивно-ландшафтных системах земледелия. Владеть: способами оценки пригодности почвы для возделыва ния полевых культур и параметров экологической безопасности агроландшафтов; навыками статистической обработки; технологиями возделывания сельскохозяйственных культур; методами контроля за негативными последствиями использования технологических решений и исследований при экспертизе научных программ, оценке результатов исследований; ГИС-технологиями при проектировании адаптивно-ландшафтных систем земледелия, методикой разработки. «Адаптивно-ландшафтные системы земледелия» относятся к дисциплине по выбору учебного цикла ОПОП ВО. Она является связующим и обобщающим звеном по программе «Агроэкология». Аудиторные занятия включают лекции и практикум, где маги странты приобретают знания в области современных систем земледелия и высокоинтенсивных агротехнологий, основанных на достижениях передовой науки и практики, ГИС – технологиях, базирующихся на применении современной сельскохозяйственной техники. По каждой изучаемой теме магистранты усваивают теоретиче ский материал, излагаемый преподавателем на занятиях и имеющийся в методической, учебной и специальной литературе из рекомендованного библиографического списка. Степень и полнота усвоения проверяется ответами на контрольные вопросы. Проводится закрепление изучаемого материала путем выполнения индивидуальных заданий. При изучении дисциплины применяется рейтинговая система обучения с последующим тестовым контролем в системе «Прометей».
1 МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АДАПТИВНО-ЛАНДШАФТНЫХ СИСТЕМ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ 1.1 ПОНЯТИЕ И СУЩНОСТЬ В Нижнем Поволжье до «перестройки» системы земледелия и технологии возделывания сельскохозяйственных культур разрабаты- вались исходя из задачи получения максимального количества продукции без учета экономических и экологических последствий. Применение технико-химических систем земледелия, связанных с интенсивной механической обработкой почвы, высокими дозами минеральных удобрений, пестицидов и других техногенных факторов способствовало не только росту урожайности полевых культур, но и истощению почвенного плодородия, деградации агроландшафтов. В современных условиях возникла необходимость к переходу на менее затратные системы земледелия, адаптированные не только к почвенно-климатическим и ландшафтным условиям, но и конъюнктуре рынка, технико-экономическим возможностям хозяйства, ресурсному обеспечению, которые сохраняли бы устойчивость агроландшафтов, предотвращали его разрушение, ориентировались на получение продукции с приемлемой рентабельностью, были доступны производству. Эти соображения лежат в основе систем земледелия нового поколения, которые называют адаптивными на ландшафтной основе. Это узкозональные системы земледелия, звенья которых учитывают и реализуют природно-экономические условия агроландшафта, основанные на адаптивных технологиях. Отличительной особенностью этих систем земледелия является экологизация. Их разработка способствовала появлению резерва не используемых пахотных земель, что позволяет проводить землеустройство и организацию севооборотов с учетом формирования устойчивых к разрушению агроландшафтов. Идея адаптивно-ландшафтной системы земледелия не нова и отражена в работах В.В. Докучаева, где говорится о необходимости рационального землеустройства территории с правильным соотношением угодий. Такую систему земледелия называли адаптивной, она обеспечивала естественное природное равновесие, учет ландшафтных особенностей территории, применение, отвечающих почвенно климатическим условиям агротехнологий. Она схожа с контурномелиоративной системой земледелия (КМЗ).
Адаптивно-ландшафтная система земледелия (АЛСЗ) – это си стема использования земли определенной агроэкологической группы, ориентированная на производство продукции экономически и экологически обусловленного количества, и качества в соответствии с общественными (рыночными) потребностями, природными и производственными ресурсами, обеспечивающая устойчивость агроландшафта и воспроизводство почвенного плодородия (В.И. Кирюшин, 2005 г.). Термин «ландшафтная» означает, что она встроена в структу ру агроландшафтов в соответствии с оценкой экологических условий. Разрабатывается применительно к конкретной категории агроландшафта или агроэкологической группы земель (плакорных, солонцовых, засоленных). При этом звенья системы земледелия формируются в пределах агроэкологических типов земель (участков, однородных по условиям возделывания культуры или группы культур с близкими агроэкологическими требованиями); элементы (приемы обработки, посева и т.п.) дифференцированы в соответствии с элементарными ареалами агроландшафта (элементами мезорельефа, ограниченными элементарными почвенными структурами), а организация территории осуществляется с учетом структуры ландшафта и условий его функционирования. Термин «адаптивная» означает адаптированность системы земледелия ко всему комплексу обозначенных условий. Адаптивно-ландшафтные системы земледелия имеют агроэко логический адрес (группа земель в пределах агроэкологической провинции), адаптированы к социально-экономическим условиям и определяются 5 группами факторов (В.И. Кирюшин, 2000 г.): 1) общественные (рыночные) потребности (рынок продуктов, потребности животноводства, требования переработки продукции); 2) агроэкологические требования культур, их средообразующее влияние; 3) агроэкологические параметры земель (природно-ресурсный потенциал); 4) производственно-ресурсный потенциал, уровни интенсифи кации; 5) качество продукции и среды обитания, экологические огра ничения. Система адаптивно-ландшафтного земледелия Волгоградской области включает ряд новых элементов: 1. Биологизация: а) биологизированные севообороты, в которых почвенное пло дородие поддерживается за счет посева многолетних трав и культур фитомелиорантов, восстановителей почвенного плодородия, сидерации, внесения в почву растительных остатков;
б) соблюдение в севооборотах принципов плодосмена и биоло гического разнообразия; в) применение вместо азота минеральных удобрений биологиче ского, полученного за счет азотфиксации бобовыми культурами. 2. Уменьшение интенсивности обработки почвы, применение тех нологий Mini-Till, No-Till и Strip-Till, мульчирование поверхности поля растительными остатками, введение «сберегающего земледелия». 3. Экологически сбалансированная организация землепользова ния в целях формирования устойчивых не разрушающихся агроландшафтов. Агроландшафт состоит из 40% преобразованных и 60% естественных экосистем, т.е. пашня занимает не более 40% земельных угодий, остальная часть находится под средостабилизирующими угодьями – лесом, лугом, пастбищем, водоемами и многолетними травами. При этом 15% периметра полей граничит с естественными экосистемами – лес, луг, залежь, пастбища, а лесистость территории составляет не менее 15-17%. Соблюдается «правило территориального экологического равновесия», формируется устойчивый агроландшафт, в котором природное равновесие поддерживается за счет естественных процессов. Размер полей ограничен 100 га. 4. Более широкое использование агролесомелиорации и дру гих противоэрозионных мероприятий. Оптимальная лесистость в равнинных условиях составляет 2,5-4,0%, на рассеченном рельефе – 10-12%. 5. Нормативный, а не рекомендательный характер. Адаптивно-ландшафтная система земледелия, используя ми нимальное количество антропогенных факторов и полностью продуктивный потенциал природных ресурсов, обеспечивает положительный экономический эффект и экологическую устойчивость агроландшафтов. 1.2 СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ Для выявления взаимосвязей между подсистемами, их элемен тами, внешней средой важно установить структуру адаптивноландшафтных систем земледелия. Структура – это взаиморасположение составных частей, отра жающих их взаимодействие. Количество связей в АЛСЗ велико. Учесть и исследовать все не возможно и нецелесообразно, так как многие из них несущественны и не влияют на функционирование системы и качество принимаемых решений. Степень расчленения системы зависит от цели системного
анализа. Если требуется детальный анализ одной или нескольких подсистем, то их структуры разрабатывают отдельно (структура севооборотов, обработки почвы, удобрения, защиты растений и т. д.). АЛСЗ состоит из множества элементов. Управлять разрознен ными элементами сложно. Поэтому их объединяют в крупные блоки (составные части): агротехнический, мелиоративный, организационно-экономический, экологический. Каждый блок (кроме организационно-экономического) подраз деляется на звенья по технологическим функциям, на основании которых разрабатывают экологически безопасные технологии производства продукции растениеводства. Звенья блоков включают комплекс машин для выполнения технологических операций. В организационно-экономический блок входят обоснование форм организации и стимулирования труда, методов управления производственными процессами и принятие управленческих решений в трудовых коллективах, система маркетинга и реализации продукции. Каждая структурная единица АЛСЗ направлена на получение планируемой, высококачественной, конкурентоспособной продукции и сохранение экологических функций агроландшафта. Структурные единицы адаптивно-ландшафтной системы земле делия находятся во взаимосвязи с агроландшафтом. В центре взаимодействия располагается агроландшафт, который является энергетической основой производства продукции растениеводства. Благодаря солнечной энергии, приходящей на его поверхность, энергетическому потенциалу органического вещества и минеральных соединений обеспечивается жизнедеятельность растений и почвенной биоты. Воздействие на агроландшафт не должно нарушать экологиче скую безопасность. Задачей является проведение природоохранной организации территории землепользования и системы севооборотов. В зависимости от вида, состояния и свойств агроландшафтов определяют методы их использования, организуют севообороты с учетом пригодности почв для возделывания полевых культур. Взаимосвязи между агротехническими звеньями осуществляют ся через севообороты, которые размещаются на агроландшафтах. Система удобрения культур севооборота зависит от уровня почвенного плодородия. Система обработки почвы определяется свойствами ландшафта, полевыми культурами и их чередованием, системой удобрения, а система защиты растений учитывает все звенья. Технологии возделывания культур и воспроизводство плодоро дия почвы опираются на агротехнические звенья. Количество и качество растениеводческой продукции, получаемой в системе, определя
ется свойствами агроландшафта и технологиями производства. Часть полученного дохода от реализации продукции может быть направлена на совершенствование агротехнологий. Звенья адаптивно-ландшафтной системы земледелия согласова ны и динамичны. Изменение параметров одного звена влечет уточнение других. Поэтому, совершенствование адаптивно-ландшафтной системы земледелия возможно только с учетом всех звеньев. Функционирование адаптивно-ландшафтной системы земледе лия происходит на основе научно обоснованного управленческого решения об использовании земли, ресурсного и финансового потенциала хозяйств. Агроландшафты и ресурсы (семена, удобрения, пестициды, сельскохозяйственная техника и др.) соединяют в адаптивные агротехнологии, в результате чего получают растениеводческую продукцию. Произведенную продукцию реализуют на рынке. Вырученные от продажи средства направляют на воспроизводство израсходованных ресурсов, почвенного плодородия, устранение экологических нарушений, реабилитацию агроландшафтов и социальную среду. Поэтому, структура и содержание адаптивно-ландшафтных систем земледелия обусловлены природной, производственно экономической, экологической и социальной компонентами. А поскольку они различны, то и система земледелия должна быть адаптирована к конкретным условиям хозяйства. 1.3 КЛАССИФИКАЦИЯ АЛСЗ представляют развитие ранее сложившихся представле ний, вбирают прежние и новые понятия. Это определяется их классификацией, в которой они разделяются по агроэкологической принадлежности (зона, подзона, провинция, группа земель), направлению растениеводства, уровню интенсификации, форме использования земли, ограничениям химизации (табл. 1). Пример: Заволжская сухостепная зерновая противоэрозионная интенсивная система земледелия на низменных равнинах с каштановыми почвами. По уровню интенсификации адаптивно-ландшафтные системы земледелия подразделяют: Экстенсивная – рассчитана на использование естественного плодородия почв без удобрений и мелиораций. Наносит экономический и энергетический ущерб, особенно на деградированных, эрозионных и дефляционных землях.
Таблица 1 – Классификация адаптивно-ландшафтных систем земледелия (В.И. Кирюшин, 1996 г.) Природные условия Провинция Агроэкологическая группа Направление растениеводства Уровень интенсификации Форма использования земли и воспроизводства плодородия почвы Ограничения химизации Среднетаежная, южно таежная, лесостепная, степная, сухостепная Среднерусская, Южнорусская, Предкавказская, Предураль ская, Западносибирская, За волжская Плакорные, эрозионные, переувлажненные, засолен ные, мерзлотные, дефляцион ные, солонцовые, литогенные Зерновое, кормовое, техниче ское, специальное, бахчевое, лугопастбищное Экстенсивный, нормальный, интенсивный, высокоинтен сивный Паровая, плодосменная, мелиоративная, контурно мелиоративная, гребнегрядо вая Биодинамическая, биологиче ская, органическая, экологиче ская Нормальная – имеет обеспеченность минеральными удобрени ями на уровне устранения наиболее острого дефицита питательных веществ, освоения почвозащитных и первоочередных мелиоративных мероприятий, и достижения качества продукции не ниже среднего. Интенсивная – означают переход к качественно новым сортам растений с программированным применением удобрений и регулированием продукционного процесса различными биологическим и химическими средствами. Высокоинтенсивная (точная) – предполагает использование достижений научно-технического прогресса, создание сортов с заданными параметрами продуктивности и качества, современные средства реализации генетического потенциала культур, оптимальную организацию территории на основе интенсификации ландшафтно экологических связей с помощью новейших методов математического моделирования и информатизации. Адаптивно-ландшафтная система земледелия может быть улуч шена с целью полного учета условий каждого земельного участка за счет введения «точного» или «прецизионного» земледелия.