Влияние технологий освоения и использования целинных, залежных земель на агроэкологическую устойчивость и плодородие почвы
Согласно Постановлению ЦК КПСС и Правительства СССР в 1960-х годах осуществлено массовое освоение целинных и залежных земель в степных районах Казахстана, Сибири, Южного Урала и Поволжья. В тяжелые послевоенные годы оно позволило увеличить производство зерна, но имело и негативные последствия.
По мнению академика А.И. Каштанова, освоение новых земель проводили по европейской технологии (вспашка на 22–24 см) без учета местных почвенно-климатических условий. К концу 1950-х гг. это привело к острой вспышке ветровой эрозии на больших площадях (до 5 млн га). Пыльные бури за несколько лет подряд буквально уничтожали почву, посевы и огромный труд целинников. События напоминали драму канадского земледелия 30-х гг. XX в. Ветровая и водная эрозия проявлялись в основном в степной и лесостепной зонах.
Согласно Генеральной схеме противоэрозионных мероприятий Хакасии (1973 г.), после обследования почв площадь эродированной пашни Хакасии составляла 83,6%, в том числе подверженной дефляции — 71,9%, водной эрозии — 2,0%, совместного проявления дефляции и водной эрозии — 26,0%.
Смена общественно-экономической формации, сложные социально-экономические условия в сельскохозяйственном производстве в конце XX — начале XXI в. существенно изменили характер использования земельных ресурсов. В 1990-х гг. значительная часть целинных и залежных земель, освоенных в 60-х гг. XX в., без государственной поддержки перешла в залежь (сенокосы и пастбища). В современных условиях с укреплением материально-технической базы хозяйств началось повторное освоение залежных земель, которое сопровождается усилением ветровой эрозии. Это вызывает необходимость анализа влияния технологий освоения целинных и залежных земель в середине XX — начале XXI в. на эрозионные процессы и плодородие почв.
Цель исследований — анализ влияния технологий освоения целинных и залежных земель на эрозионные процессы в степной зоне в 1960-х гг. и современных условиях для обоснования подходов к предотвращению деградации почв и опустынивания агроландшафтов.
Материалы и методы исследования
Объект исследований — технологии и подходы к предотвращению деградации почв, опустынивание агроландшафтов в 1960-х гг. и начале XXI в. на юге Средней Сибири.
Исследования осуществляли по материалам научных исследований на подверженных ветровой эрозии черноземных и каштановых почвах в степной зоне Республики Хакасия во второй половине XX в. и в современных условиях. Данные брали из отчетов Научно-исследовательского института агарных проблем Хакасии за 1965–2023 гг.
Информацию о технологиях освоения черноземов южных, обыкновенных маломощных малогумусных целинных и залежных земель в 1960-х гг. и современных условиях брали в ООО «Целинное», расположенном в степной зоне Ширинского района (Республика Хакасия, Россия).
Сведения о температуре воздуха, сумме атмосферных осадков, числу дней с сильными ветрами со скоростью ≥ 15 м/с и пыльными бурями взяты с электронного ресурса метеорологических станций «Бея» и «Шира».
При выполнении исследований использовали статистические и графические методы: метод полевого опыта Б.А. Доспехова, пакет программ AgCStat в виде надстройки Excel (США). Эродируемость определялась по методу Е.И. Шиятого, гумус и подвижный фосфор — по Мачигину.
Результаты и обсуждение
При освоении целинных и залежных земель прежде в степной зоне Республики Хакасия использовали традиционную технологию, перенесенную из европейской части страны (зяблевая обработка почвы плугами с лущильниками на сплошных массивах). Возделывали в основном зерновые культуры (пшеница, ячмень, овес).
В эрозионно опасной зоне через несколько лет после массового освоения целинных и залежных земель это привело к сильному развитию эрозии почв (табл. 1, рис. 1, 2).
Обследование почв через 15–20 лет после освоения целины (1973 г.) показало, что на территории совхоза «Табатский», расположенного в юго-западной части республики, эрозионным процессам в слабой степени подвержены 37,9% площади пашни, в средней — 50,9%, в сильной — 11,2%, «Бондаревский» — в сильной степени (46,5%). Так, в совхозе «Ширинский», расположенном в северной части Хакасии, на долю слабоэродированных почв приходилось 51,6% пашни, среднеэродированных — 38,1%, сильноэродированных — 10,3%, «Восток» — соответственно, 29,9%, 59,7% и 10,4%.
Таким образом, традиционная технология освоения целинных и залежных земель привела к экологической катастрофе в степной зоне Хакасии.
Сильная деградация и опустынивание агроландшафтов на больших площадях вызывали необходимость разработки комплекса противоэрозионных приемов с учетом местных почвенно-климатических условий, степени эродированности почв с целью сохранения и повышения плодородия почв. Особенно актуальными оказались полосное размещение сельскохозяйственных культур и пара, оценка почвозащитной способности посевов пшеницы, ячменя, овса и других сельскохозяйственных культур.
Многолетние научные исследования в дефляционно опасной аридной зоне показали, что одним из самых эффективных элементов степного почвозащитного земледелия республики является полосное размещение сельскохозяйственных культур и пара.
Следует отметить, что, в отличие от Павлодарской области Казахстана, где при полосном размещении выращивают в основном многолетние травы, в засушливых малоснежных степных условиях Республики Хакасия их занимают однолетними культурами (яровая пшеница, ячмень, овес, кукуруза и однолетние травы).
Длительное использование легкосуглинистых почв эрозионной агроэкологической группы земель Абакано-Енисейского междуречья республики, по данным станции агрохимической службы «Хакасская», привело к снижению плодородия.
Сильные ветры, особенно в весенние месяцы, уносят мелкозем на большие расстояния, снижая плодородие почв. Анализ данных агрохимического обследования почв пашни Алтайского района с 1964 по 2015 г. (I–III цикл) показал снижение содержания гумуса и подвижного фосфора в последние годы. Это объясняется сильной подверженностью почв ветровой эрозии почв. Сильное снижение содержания гумуса (до 3,1–3,2%) отмечалось при V и VI циклах определения, когда использовались в пашне сильноэродированные почвы.
Анализ содержания гумуса показал, что в Алтайском районе потери составили 16,4–22,9%, в связи с этим сильноэродированные почвы залежи лучше не распахивать.
В такой эрозионно опасной степной зоне сильное и длительное проявление эрозионных процессов может привести к потере гумуса до содержания в породе. И.Н. Шарков приводит обобщенную схему возможных изменений содержания гумуса в пахотном слое в процессе освоения и использования черноземов. Аналогичные данные получены в других регионах
Результаты данных многолетних исследований продемонстрировали необходимость перенесения основной обработки почвы с осени на весну с целью сохранения стерневых остатков, что значительно (на 8–9 месяцев) сокращало продолжительность эрозионно опасного периода (табл. 2).
Способы и сроки основной обработки почвы сильно влияют на продуктивность возделываемых культур. Например, в многоснежных районах Северного Казахстана используют осеннюю основную обработку почвы. В степных условиях Хакасии в среднем за три года (1972–1974 гг.) при весенних основных обработках урожайность яровой пшеницы оказалась на 0,2–1,0 ц/га выше, чем после осенних.
На темно-каштановой почве быи разработаны системы основной обработки почвы под разные сельскохозяйственные культуры в полевом севообороте. Результаты исследований, проведенных в 1979–1982 гг. с варьированием суммы атмосферных осадков от 224 до 447 мм за год, свидетельствуют, что плоскорезная и отвальная обработка в паровом поле в 4-польном севообороте в среднем обеспечивала почти одинаковую урожайность яровой пшеницы (12,2–12,4 ц/га). При этом кукуруза в самом засушливом (1981 г.) году при плоскорезной обработке существенно (на 17,5 ц/га) снизила урожайность по сравнению со вспашкой. Овес, размещенный по пропашному предшественнику (кукурузе), в 4-польном зернопаропропашном севообороте в 1979 г., 1980 г., 1982 г. при плоскорезной обработке на 10–12 см обеспечил существенную прибавку урожая. Аналогичные результаты по минимальной обработке получены на черноземах.
Агроэкологическая оценка возделываемых в местных условиях сельскохозяйственных культур показала возможность совершенствования структуры посевных площадей. В зоне сильно развитой ветровой эрозии необходимо комплексное применение всех приемов почвозащитного земледелия, в том числе полосного размещения посевов, весенней минимальной основной обработки почвы, оптимальной структуры посевных площадей. При полосном размещении сельскохозяйственных культур и пара для сохранения почвенного плодородия необходимо расширять площади, занятые более урожайными культурами.
В первые годы освоения целинных и залежных земель в основном возделывали яровую пшеницу по зяблевой отвальной обработке почвы. Противоэрозионная устойчивость агроландшафтов при этом резко снижалась, так как это приводило уничтожению полосного размещения культур.
Прежде (1960–1965 гг.) в республике на долю чистых паров приходилось всего 10,8–14,7% пашни, и преимущественно после них высевали яровую пшеницу. На основании многолетних исследований было рекомендовано расширить площади чистых паров и посевов более урожайных, чем яровая пшеница, зернофуражных и кормовых культур (овес, ячмень, однолетние травы), которые обладают лучшими почвозащитными свойствами.
В результате доля чистого пара была увеличена на 8,7% с 1975 по 1985 г., овса — на 13,6%, а пшеницы — сокращена на 11,9%. В комплексе с минимальной обработкой почвы это оказало очень сильное влияние как в усилении защиты почвы от дефляции, так и в обеспечении стабильности земледелия.
Деградацию почв и опустынивание агроландшафтов в 1960-х гг. можно оценивать как экологическую катастрофу, связанную с уничтожением целинной и залежной растительности, веками защищавшей почву от воздействия сильных ветров. Посевные площади сельскохозяйственных культур в результате распашки новых земель увеличились с 300,0 тыс. га (1950 г.) до 804,0 тыс. га (1960 г.). До начала освоения целинных и залежных земель (1951–1955 гг.) в зоне обслуживания метеостанций Шира и Бея отмечали, соответственно, 0,8 и 9,6 дня с пыльными бурями в год, после их распашки (1961–1965 гг.) величина этого показателя возросла до 6 раз, в начале века (2005–2015 гг.) они практически отсутствовали (рис. 4).
В новых социально-экономических условиях (в 1990-х гг.) изменились подходы к использованию сельскохозяйственных угодий. Площадь посева сельскохозяйственных культур уменьшилась в 4 раза (с 804,0 тыс. га в 1960 г. до 199,5 тыс. га в 2005-м). Однако в последние годы из-за возобновления распашки полей сплошными массивами вновь началась деградация почв (рис. 5). Из приведенного материала наглядно видно, что при сильных ветрах в засушливой зоне Хакасии отмечаются перенос и отложение мелкозема на подветренной стороне поля.
Эрозионные процессы в современных условиях, как в 1960-х гг., проявляются в основном при повторном освоении залежных земель и многократной обработке почвы при уходе за паровым полем сплошными массивами. Использование таких технологий приводит к уничтожению растительных остатков, распылению почвы и пыльным бурям (табл. 3).
При 3–5-кратной обработке почвы залежи плугом и дискатором в крестьянско-фермерском хозяйстве «Тормозаков» Бейского района в 2023 г. стерневые остатки отсутствовали, доля частиц почвы размером больше 1 мм достигала 41,3%, эродируемость — 147,9 г / 5 мин (допустимый предел 34 г / 5 мин). Это привело к сильному увеличению эродируемости почвы и ветровой эрозии.
Проявлению ветровой эрозии в степной зоне Республики Хакасия способствуют сложные метеорологические условия (табл. 4).
Ежегодно отмечаются высокая температура воздуха, дефицит атмосферных осадков и сильный ветер. Так, по данным метеостанции Шира, сумма атмосферных осадков весной 2022–2023 гг. в среднем составила всего 15,7 мм, Бея — 13,7 мм. Число дней с сильными ветрами со скоростью более 15 м/сек в это время достигает от 2 до 7 (по годам).
Большие усилия авторами были направлены на разработку почвозащитной технологии освоения залежных земель. Полевые опыты в 2012–2016 гг. закладывались на черноземных и каштановых почвах.
Для снижения эродируемости почвы залежи гербицида Торнадо 500 вносили на одном участке в июне, на другом — в августе. По данным, эродируемость почвы при обработке ее с внесением гербицида Торнадо 500 в июне составила 81,4 г / 5 мин, в августе — 32,4 г / 5 мин (допустимый предел 34 г / 5 мин). Последнее объясняется большим сохранением растительных остатков на поверхности почвы.
В современных условиях противоэрозионную устойчивость почв при освоении залежных земель можно продемонстрировать на примере ООО «Целинное» Ширинского района. Здесь при обработке почвы залежи широко применялся гербицид Торнадо 500.
Эффективность разных технологий освоения залежных земель представлена на рисунке 6, в таблице 5.
Полосное размещение сельскохозяйственных культур и другие почвозащитные приемы защищают почву залежных земель хозяйства.
Технологии освоения и использования целинных и залежных земель в разные периоды сильно отличаются. Так, в 1960-х гг. проводили осеннюю отвальную обработку почв больших массивов легкосуглинистых почв. В современных условиях сильнодефлированные почвы выведены из пашни. На средне- и слабодефлированных почвах используется комплекс противодефляционных приемов, включая полосное размещение сельскохозяйственных культур, минимальную обработку почвы, применение гербицидов и другие противоэрозионные мероприятия.
В 2018–2023 гг. в ООО «Целинное» возделывались яровая пшеница, ячмень, овес, урожайность их составляла 17–20 ц/га. Эта технология обеспечивает устойчивое развитие хозяйства. При этом ветроустойчивость ее значительно повысилась, количество дней с пыльными бурями уменьшилось.
Выводы
Уничтожение целинной и залежной растительности при освоении новых земель по традиционной технологии в 1960-х годах и теперь является основной причиной развития ветровой эрозии в степной зоне.
При 3–5-кратной обработке почвы залежи плугом и дискатором растительные остатки отсутствовали, доля фракции размером больше 1 мм достигала 41,3%, эродируемость — 147,9 г / 5 мин (допустимый предел 34 г / 5 мин). Эродируемость почвы залежи при технологии обработки с внесением гербицида Торнадо 500 в июне составила 81,4 г / 5 мин, в августе — 32,4 г / 5 мин (в 2,5 раза меньше).
В современных условиях комплексное применение почвозащитной технологии (полосного размещения сельскохозяйственных культур, минимальной обработки почвы, внесение изучаемых препаратов, выведение сильнодефлированных почв из структуры пашни) позволяет приостановить эрозионные процессы.
Об авторах
Егор Яковлевич Чебочаков1; кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник
echebochakov@mail.ru; https://orcid.org/0000-0002-9398-4197
Олег Анатольевич Иванов1; кандидат технических наук, директор
niiapkhak@yandex.ru
Алексей Иосифович Капсаргин2; директор
agrohim_19@mail.ru
Валерий Николаевич Муртаев1; младший научный сотрудник
https://orcid.org/0000-0002-9474-3424)
1 Научно-исследовательский институт аграрных проблем Хакасии — филиал Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук», с. Зелёное, Усть-Абаканский р-н, Республика Хакасия, 655132, Россия
2Станция агрохимической службы «Хакасская», ул. Хакасская, 25, Абакан, Республика Хакасия, 655017, Россия
УДК 631.4:502.76
DOI: 10.32634/0869-8155-2024-386-9-82-87
