Занятие 7 модели урожайности сельскохозяйственнывх культур в зависимости от плодородия почв  в агроландшафтах

Цель: изучить варианты моделей плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур

Ключевые слова: модели, моделирование, типы моделей

 

Теоретический минимум

Оптимальные свойства почв в значительной степени определяют урожай сельскохозяйственных культур и эффективность ведения сельскохозяйственного производства. При показателях свойств почв ниже оптимума урожай снижается; при показателях выше оптимума отмечается меньшая прибавка урожая на 1 рубль затрат, с большей интенсивностью проявляется закон убывающей отдачи. В первом приближении, модели плодородия почв – это оптимальное сочетание свойств почв для получения максимально возможной урожайности, оправданной с экономической и экологической точек зрения. При более детальной оценке, модели плодородия почв это оптимальное сочетание и соотношение свойств, процессов и режимов почв для получения максимально возможной урожайности по климатическим факторам и существующей оптимизации всех звеньев систем земледелия (оправданной с экономической и экологической точек зрения). При экстенсивном, среднем, высоком и очень высоком уровне интенсификации производства планируются разные урожаи сельскохозяйственных культур и для их получения, естественно, нужны разные свойства почв.

Для построения моделей необходимо знать оптимумы свойств почв, причем они относительны и зависят от вида культур (и даже фаз их развития и сортов), климатических условий, сочетания всех свойств почв. Однако с учетом этих факторов оптимумы свойств почв извест­ны недостаточно. Сельскохозяйственное использование почв под большинство культур лимитируется при содержании частиц <0,01 мм (физической глины) более 85 и менее 5%; содержании гумуса для большинства почв - меньше 1%; степени солонцеватости - свыше 10%; содержании водорастворимых солей - более 1%; рН -меньше 4 и больше 9; ОВ потенциале - менее 200; токсичных концентрациях железа, марганца, алюминия; плотности почв -более 1,5 г/см³; пори­стости - меньше 40%; влажности - менее 3 и более 90% от полной влагоемкости; содержании в почвенном воздухе кислорода - меньше 5 и углекислого газа - свыше 7%; аэрации - менее 10%; мощности мелкозема - меньше 20 см; уклоне - более 10°; на глеевых почвах; показателе загрязнения почв - Zc = 32-128; содержании камней - свыше 50 м³/га; при доле в почвенном по­крове поля -более 50% почв, непригодных для сельскохозяйственного использования, при площади поля - менее 1 га, агрономической несо­вместимости контуров в пределах поля; емкости поглощения катио­нов - меньше 2 мг-экв на 100 г почв, глубине грунтовых вод - ближе 50 см; чаще при средней температуре почвы за вегетационный период -более 35° и менее 10°С.

По данным А. Н. Каштанова с соавторами (2001), допустимыми параметрами водно-воздушного режима почв являются: плотность пахотного горизонта для легких почв 1,3-1,4 г/см³, среднесуглинистых - 1,2-1,3, тяжелосуглинистых и глин — 1,1-1,25, подпахотного слоя для легких почв — 1,4-1,5, для остальных - 1,2-1,3г/см³, общая порозность 50-55% от объема почвы, аэрации 18-25% от общей порозности для пахотного слоя, подпахотного — 12-17%; водопроницаемость (коэф­фициент фильтрации) - 0,15-0,75 м в сутки; уровень грунтовых вод -60-100 см; затопление посевов летом для зерновых - менее 0,5 суток, силосных и корнеплодов - меньше 0,8, многолетних трав - менее 1,8, пахотного слоя летом для сенокосов - 3, других культур - менее 1,5 суток.

Таким образом, для нормального развития растений почвы должны иметь доста­точное количество элементов питания, воды и воздуха, небольшую плотность. Развитие растений не должно угнетаться неблагоприятны­ми физико-химическими свойствами почв, повышенным содержани­ем подвижных соединений железа, марганца, алюминия, тяжелых ме­таллов, повышенной засоленность почв. Почвы не должны содержать в большом количестве возбудителей болезней, вредителей и сорняков.

В первом приближении оптимальные свойства почв должны соответствовать потенциально возможному урожаю, обусловленному климатическими факторами. В тоже время, реальный урожай всегда ниже потенциально возможного по климатическим факторам, как в связи с недостаточным плодородием почв, так и в связи с несовершенством всех звеньев систем земледелия.

Однако, потенциально возможный урожай по климатическим условиям определяет экономически целесообразные верхние пределы содержания в почвах биофильных элементов и дозы внесения удобрений. По данным Быковой Е.В. (2010) потенциально возможный урожай отдельных культур по климатическим условиям, плодородию почв, существующей степени оптимальности всех звеньев систем земледелия определяет экономически обоснованные пределы показателей моделей плодородия почв на данный момент. Существующие экономические условия и экономические требования к системам земледелия определяют оптимальное соотношение урожайности и дохода на 1 рубль затрат, что является одним из показателей  экономически обоснованной модели плодородия почв на данный момент и оптимального соотношения плодородия почв и доз вносимых удобрений.

 

Таблица 7.1 - Интегральная модель оптимальных свойств дерново-подзолистых легко- и среднесуглинистых почв (Т.Н. Кулаковская, 1990)

Показатели	Оптимальное значение
Контурность	Не менее 15-20 га
Эродированность	Отсутствует, слабо выражена
Завалуненность	Отсутствует, менее 10 м^3/га
Ап	25-30 см
А2	Отсутствует
Структурность	Содержание водопрочных агрегатов >0,25 мм -70-80%
Гумус	2-2,5%, запас 60-70 т/га; Сг:Сф =1,1-1,2
N	Доступные формы N-NO, NH4 - 3-4,5 мг на 100 г; 100-120 кг/га, потребление из почв за вегетацию — 50-60 кг/га
Р2О5	25-30 мг на 100 г по Кирсанову, 600-700 кг/га; потребление из почв - 60-70 кг/га
к2о	20-25 мг на 100 г, 500-550 кг/га, потребление из почв за вегетацию - 180-200 кг/га
Микроэлементы	Си - 3-4 мг/кг, Со - 0,8-1,2, Mg - 0,2-0,4, В -0,5-0,6, Zn - 6-7 мг/кг
Подвижный магний	10-12 мг на 100 г, 200-250 кг/га
РН	рНГГ1 = 6-6,5; рНнп = 6,5-7; А1 отсутствует
	Нг = 1,5-2 мг-экв на 100 г
S	8-12 мг-экв на 100 г, V- 89-90%; Са/К =15-17
Водно-воздушный режим	Коэффициент использования годовых осадков -0,6-0,7, запас продуктивной влаги в слое 0-50 см -130-150 мм, плотность - 1,1-1,2 г/см^3, порозность - 50-55%, воздухоемкость - 25-30%

Таким образом, качество почв и их ценность для сельскохозяй­ственного использования определяются степенью приближения соче­тания свойств, процессов и режимов почв к модели плодородия. Однако модель плодородия отличается для отдельных типов почв (табл. 7.1), групп культур, климатических условий и уровня интенсификации сельскохозяйственного производства. Чем больше степень приближе­ния сочетания свойств, процессов и^; режимов почв к модели, тем выше ее цена для целей сельскохозяйственного использования. При этом модель плодородия должна подбираться под ту культуру, экологические требования которой больше соответству­ют параметрам исследуемой почвы, и выращивание на которой дает больший доход. Например, для пойм - овощных культур, для склонов - культур, рекомендуемых зональной почвозащитной системой зем­леделия и т.д.

По данным О.А.Савоськиной (2012) почва опытного участка дерново-подзолистая среднесуглинистая, сформировавшаяся из покровного суглинка, подстилаемого с глубины 70-120 см суглинистой мореной, обеспечивающая хорошую дренированность территории. В морфологическом отношении представлена однородным светло-серым цветом, комковато-пылеватой структуры. Ниже пахотного слоя залегает переходный подзолисто-иллювиальный горизонт, мощностью 8-12см (табл. 7.2).

Таблица 7.2 - Исходные показатели плодородия почв по вещественному составу (по Савоськиной, 2012)

Опыты	1		2		3
Показатели	Слой почвы, см		Слой почвы, см		Слой почвы, см
	0-20	20-40	0-20	20-40	0-20	20-40
Гумус общий (по Тюрину), %	1,61	0,88	1,76	0,76	1,82	1,65
рН солевой	5,5-5,8	4,8-5,0	4,5	4,4	5,6	4,5
Гидролитическая кислотность, мг-экв./100г почвы (Нг)	1,3	2,1	4,2	3,8	2,0	1,9
Сумма обменных оснований, мг-экв./100г почвы (S)	11,8	9,5	10,8	10,6	11,9	11,8
Степень насыщенности основаниями, %	90,1	81,9	71,8	73,8	85,0	86,0
Подвижный фосфор (по Кирсанову), мг/100г почвы	4,0	5,5	7,9	4,7	16,0	13,0
Обменный калий (по Масловой), мг/100г почвы	6,1	6,8	6,8	2,5	19,0	15,0

 

Большое значение при разработке моделей имеет оценка не только содержания элементов, но и их соотношения. В работе В.В.Говориной (1987), выполненной под руководством Б.А.Ягодина, показано низкое содержание подвижных фосфатов для дерново-подзолистых почв, что отмечается отрицательным взаимным влиянием азота и фосфора на урожай гороха. На низких и средних уровнях питания ми­неральным азотом в условиях, благоприятных проявлению активно­сти бобово-ризобиального симбиоза

 

У = 22,95 - 7,54N^0,5 + 6,44N + 25,42Р^0,5  - 3,58Р + 2,04К^0,5  - 4,18 (NP)⁵; R = 0,97,

 

где У- образование сухой массы гороха.

Авторы объясняют это конкуренцией за минеральные соединения азота в пользу микрофлоры почвы и следствием начального ингибирования процесса образования клубеньков и их активной работы (за счет внесения минеральных форм азота). При неблагоприятных усло­виях для работы бобово-ризобиального синтеза (высокой температу­ры в течение вегетации) наблюдалось симбиотическое влияние азота и фосфора.

 

У = 85,96 + 49,90Р^0,5 -17,29Р + 21,0К^0,5  + 13,49(NP) ^0,5; R = 0,966,

 

У - образование зеленой массы гороха. Закономерности действия воз­растающих доз азота, фосфора и калия на накопление массы гор су­щественно различались от условий вегетационного сезона.

В то же время урожай сельскохозяйственных культур зависит от мно­гих факторов, влияние которых на продуктивность отличается как в разные годы, так и в зависимости от сочетания свойств и уровня ан­тропогенного воздействия. Все факторы жизни растений равнозначны и независимы.

 

Задание для работы на занятии:

1. Прочтите теоретический минимум

2. Сравните показатели плодородия почв по Савоськиной с данными интегральной модели Т.Н. Кулаковской

3. Выберите формулу. Рассчитайте урожай сухой массы гороха.

4. Создайте графическую (описательную) модель плодородия почвы по элементам, склонам или выносу веществ в агроландшафтах, увязав ее с урожайностью конкретной культуры (используя схему агрополя)

 

Приложение

	Север
Запад		Восток
	Юг

 

Рис. 3 Вид агрополя сверху: вершина, склон, подошва

 

 

Темы рефератов

1. Понятие агроландшафта и его свойства
2. Морфометрическая характеристика рельефа агроландшафта
3. Экологическая емкость агроландшафта
4. Структура агроландшафта и критерии оценки его устойчивости
5. Микрозональные особенности склоновых агроландшафтов.
6. Ландшафтно-экологические основы оптимизации землепользования
7. Функционирование агроландшафтных систем
8. Экологическая оптимизация агроландшафтов
9. Проектирование мероприятий по экологической оптимизации агроландшафта
10. Региональные проблемы экологического состояния агроландшафтов Калужской области
11. Повышение экологической устойчивости агроландшафтов Калужской области
12. Мониторинг экологического состояния агроландшафтов в зоне влияния выбросов транспорта и мобильной сельскохозяйственной техники.
13. Экологизация агроландшафтов и агротехнологий в Калужской области
14. Ландшафтно- экологические условия формирования агроландшафтов в системе интенсивного земледелия в Калужской области.
15. Эколого-агрохимическое состояние агроландшафтов Калужской области

Темы для творческих работ студентов

1. Лимитирующие факторы в геоморфологическом профиле агроландшафта

2. Выберите склон на котором будете выращивать кукурузу, просо. Обоснуйте свой выбор

3. «Кормить почву или растения» - как решение этого вопроса отражается в агроландшафтном моделировании?

4. Уровень урожайности по элементам рельефа, склонам, агроклиматическим и почвенным условиям в разных географических зонах

5. Эффекты синергизма и антагонизма в элементах агроландшафта

6. «Оптимальное плодородие не эквивалентно оптимуму по каждому из свойств почв в отдельности» - поясните это утверждение на конкретных примерах

Образцы тестовых вопросов

Крупная морфологическая часть ландшафта, состоящая из особого варианта урочищ – это … 1. арену 2. зону 3. область 4. местность	На дне водоемов формируются фации: трансэлювиальные трансаккумулятивные супераквальные субаквальные
Какой из приведенных ниже ландшафтов не относится к сельскохозяйственным: полевой луго-пастбищный садовый огородный лесокультурный	Урочища, которые занимают в ландшафте большую часть его площади, называются … субдоминантные дополняющие фоновые сопряженные
Пространственно-временная система географических компонентов, взаимообусловленных в своем размещении и развивающаяся как единое целое – это … природно-территориальный комплекс геосистема ландшафт верны все ответы	Активными компонентами ландшафта являются: Почва Рельеф Климат Биота Литогенная основа Вода
Наиболее плодородные почвы формируются в ландшафте: элювиальном аккумулятивном транзитном ни 1 ответ не верен	Компоненты ландшафта, которые НЕ изменяются в агроландшафте: Почва Рельеф Климат Биота Литогенная основа Вода
Нижняя треть склона представлена фациями: Транзитно-элювиальными Транзитно-аккумулятивными Элювиальными Ни 1 ответ не верен	Коренной склон долины реки – это: Фация Урочище Подурочище Местность
Особый тип сочетания урочищ формирует: фацию подурочище местность ландшафт	Процесс извлечения полезных для суперсистемы свойств ландшафта – это … 1. использование ландшафта 2. управление ландшафтом 3. оценка ландшафта 4. верны все ответы
Все природные единства, от географической оболочки Земли до самых простых элементарных структур – это … ландшафт геосистема природно-территориальный комплекс +все ответы верны	Вещества поступают только с осадками и пылью в … ландшафт: аккумулятивный транзитный элювиальный ни один ответ не верен
С водосборной площади возможен сток: поверхностный внутрипочвенный грунтовый верны все ответы	Основные свойства фаций: открытая геосистема устойчивая динамичная долговечная
Два потока вещества характеризуют ландшафт: элювиальный аккумулятивный транзитный ни 1 ответ не верен	Наиболее плодородные почвы формируются в ландшафте: элювиальном аккумулятивном транзитном ни 1 ответ не верен
Участок, с которого воды атмосферных осадков собираются и формируют реальный водоток – это … долина реки впадина водосборная площадь терраса	На верхних относительно крутых частях склона располагаются фации: трансэлювиальные трансаккумулятивные супераквальные субаквальные
Компонентами ландшафта являются: - фации +почвы +воды -урочища +биота	Сопряженная группа фаций, приуроченная к определенному элементу рельефа – это … фация подурочище урочище местность ландшафт
Местоположение как элемент профиля – универсальный признак Фации Урочища Подурочища Местности	Балки, овраги, моренные холмы – это … фация подурочище урочище местность ландшафт
Наиболее продуктивные агроландшафты формируются в геохимическом ландшафте: элювиальном транзитном аккумулятивном ни 1 ответ не верен	Мобильными компонентами ландшафта являются: Почва Рельеф Климат Биота Литогенная основа Вода
Основная единица изучения и картирования характерных пространственных сочетаний в агроландшафтных исследованиях – это … фация подурочище урочище местность ландшафт	Найдите соответствия между уровнями обобщения рельефа и соответствующими структурными частями ландшафта: а) местность, б) фация, в) урочище 1. микрорельеф 2. мезорельеф 3. макрорельеф
Слабоконтрастные почвы характеризуют почвенные комбинации … пятнистости сочетания комплексы вариации	Наибольшая урожайность сельскохозяйственных культур наблюдается на почвенных комбинациях: пятнистости сочетания комплексы вариации
.Агрополе – это … фация поле местность геохимический ландшафт	На дерново-подзолистой почве рН агрополя от элювиального к аккумулятивному ландшафту… увеличивается уменьшается не изменяется ни 1 ответ не верен
Минимальное содержание К2О в дерново-подзолистой почве агрополя наблюдается в ландшафте: элювиальном транзитном аккумулятивном все ответы верны	Наибольшее содержание гумуса в дерново-подзолистой почве агрополя отмечается в ландшафте: элювиальном транзитном аккумулятивном все ответы верны
Для сохранения влаги в почве лучше осуществлять на почвенных комбинациях с типом переноса вещества: транзитно-аккумулятивный элювиально-аккумулятивный элювиально-транзитный аккумулятивный	По данным В.В.Докучаева высота снежного покрова и запасы продуктивной влаги больше на склоне: южном северном западном восточном
В засушливые периоды более оптимальные условия для роста и развития зерновых культур складываются на склоне экспозиции: северо-западной юго-восточной северной южной	12.Модель плодородия почвы включает: морфолого-генетические особенности почв агрохимические и агрофизические показатели биологические свойства минералогический состав верны все ответы
Наименее плодородный класс почвенных комбинаций – это … пятнистости сочетания комплексы вариации	Почвенные комбинации на уровне микрорельефа – это … пятнистости сочетания комплексы вариации
Экспозиция склона оказывает влияние на … 1. ветровой и радиационный режим 2. отложение и таяние снега 3. сток и испарение влаги 4. верны все ответы	Почвенные комбинации на уровне мезорельефа – это … пятнистости сочетания комплексы вариации
В земледелии применяются модели: 1. эмпирическая 2. механическая 3. имитационная 4. оптимизационная 5. верны все ответы	Продуктивность западного склона агрополя на серых лесных среднесуглинистых почвах Калужской области выше, чем … южного восточного северного
Закономерное повторение почвенных комбинаций составляет: структуру почвенного покрова элементарный почвенный ареал сочетания пятнистости	Самый плодородный класс почвенных комбинаций – это … пятнистости сочетания комплексы вариации
Аккумулятивным типом накопления вещества характеризуются почвенные комбинации … пятнистости сочетания комплексы вариации	Для аккумулятивного ландшафта на дерново-подзолистой почве агрополя характерно высокое значение или содержание: рН Р2О5 К2О гумуса
Наибольшая урожайность в дерново-подзолистой почве агрополя отмечается в ландшафте: элювиальном транзитном аккумулятивном все ответы верны	Максимальное содержание Р2О5 в дерново-подзолистой почве агрополя наблюдается в ландшафте: 1. элювиальном 2. транзитном 3. аккумулятивном 4. все ответы верны
Наборы параметров, составляющих модели почв разных зон и регионов … одинаковы различны случайны верны все ответы	Почвенная модель должна соответствовать: 1. одной культуре 2. группе культур 3. всем куль турам, выращиваемым в регионе 4. верны все ответы
Оптимальным по рН на серых лесных среднесуглинистых почвах Калужской области является экспозиция склона: северная западная восточная южная	Комплекс вводно-физических свойств почвы для модели ее плодородия включает: 1. плотность 2. структурное состояние 3. запас продуктивной влаги 4. верны все ответы
Наиболее производительными почвы с аккумулятивным типом накопления вещества являются в годы … 1. сухие 2. нормального увлажнения 3. с избыточным количеством осадков 4. фактор влаги не влияет на урожайность с/х культур на почвенных комбинациях	В годы с достаточным количеством вегетационных осадков, более оптимальные условия для роста и развития зерновых культур складываются на склоне экспозиции: северо-западной юго-восточной северной южной

Литература, использованная при подготовке учебно-методического пособия

1. Быкова Е.В. Свойства дерново-подзолистых среднесуглинистых почв Московской области разной степени окультуренности Автореферат дисс. к.б.н. – М.: 2010.- 28с.

2. Колбовский Е.Ю. Ландшафтоведение / М.: издат центр «Академия», 2006. -480с.

3. Ландшафтоведение: Методические указания для проведения практических занятий и выполнения курсовой работы по специальностям 120301 – «Землеустройство» и 120302 – «Земельный кадастр» / Сост.: И.В.Ламекин, Р.Р.Ахмеров. Саратов, ФГОУ ВПО "Саратовский ГАУ», 2011. – 52 с.

4. Платонов И.Г., Гречин П.И., Ефимов О.Е. Методические указания по выполнению ЛПР по курсу «Экология агроландшафтов» / М., 2006.-38с.

5. Савич В.И., Мельник Н.Н., Быкова Е.В. Модели плодородия почв и их экологическая оценка / Плодородие.-2009.№4(31).-С.4-5

6. Савоськина О.А. Агроэкологическая роль ресурсосберегающих приемов обработки дерново-подзолистой почвы эрозионно-опасных ландшафтов Нечерноземной зоны / Автореферат дисс. д.с/х н. – М.: 2012.- 40с.

7. Сафонов А.С. Воспроизводство плодородия почв агроландшафтов / М.: изд-во РГАУ-МСХА,  2011.-390с.

8. Сюняев Х.Х., Сюняева О.И. Агроэкологическое исследование параметров плодородия почв Калужской области / Калуга, 2004.- 185с.

9. Трофимов И.А., Трофимова Л.С. Оптимизация степных сельскохозяйственных ландшафтов и агроэкосистем. – Поволжский экологический журнал, 2002.-№1 с.46-52

10. Хохлов Д.С. Влияние мезоформ рельефа на засоренность посевов Вестник Алтайского ГАУ, 2009.- № 10 (60). - с.26-31

11. Шпедт А.А., Пурлаур В.К. Влияние мезорельефа на урожайность и качество зерновых культур Вестник Алтайского ГАУ, 2008.- № 5 (43). - с.18-22

 

Содержание

Введение………………………………………………………………………………..	3
Занятие 1 Географический и геохимический ландшафты (экскурсия)…………….	5
Занятие 2 Рельеф ландшафта опытного поля (экскурсия)…………………………..	8
Занятие 3 Характер перераспределения тепла и влаги по элементам рельефа	16
Занятие 4 Влияние ландшафтно-экологических условий агрополя на формирование параметров плодородия и продуктивность почв (4 часа)………….	20
Занятие 5 Влияние структуры почвенного покрова (СПП) на формирование параметров плодородия почв и урожайность основных сельскохозяйственных культур…………………………………………………………………………………..	24
Занятие 6 Влияние экспозиции склона на формирование параметров плодородия почв и урожайность основных сельскохозяйственных культур	28
Занятие 7 Модели урожайности сельскохозяйственных культур в зависимости от плодородия почв в агроландшафтах………………………………………………	31
Темы рефератов………………………………………………………………………...	34
Темы для творческих работ студентов………………………………………………..	35
Образцы тестовых вопросов…………………………………………………………...	35
Литература………………………………………………………………………………	39