АГРОХИМИЯ, 2014, № 11, с. 3-14
УДК 63.:54
ДЛИТЕЛЬНЫЕ ОПЫТЫ ГЕОСЕТИ В СОВРЕМЕННЫХ И ПЕРСПЕКТИВНЫХ АГРОХИМИЧЕСКИХ И АГРОЛАНДШАФТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ
© 2014 г. В.А. Романенков, Л.К. Шевцова
Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им. Д.Н. Прянишникова РАСХН 127550 Москва, ул. Прянишникова, 31а, Россия E-mail: viua@online.ru
Поступила в редакцию 30.05.2014 г.
Обсуждаются методические вопросы ценности данных длительных полевых опытов в общей системе агроэкосистемных исследований в совокупности с краткосрочными опытами, сплошными агрохимическими обследованиями и компьютерным моделированием. Приведены примеры использования информации длительных опытов, заложенных как агрохимические эксперименты, в комплексной оценке таких вопросов, как устойчивость сельскохозяйственного производства, использование питательных веществ удобрений в различных погодных условиях и изучение цикла углерода. Показана необходимость сохранения ведущихся опытов и повышения результативности их исследований.
Ключевые слова: Географическая сеть полевых опытов с удобрениями, длительные полевые опыты, агрохимические и агроландшафтные исследования.
ВВЕДЕНИЕ
Потребность в изучении агроценоза как системы с взаимодействующими компонентами, выявления функциональных взаимосвязей и возможности управления ими обусловило появление более полутора веков назад длительных полевых опытов, заложенных Дж.И. Лоозом, И.Г. Джил-бертом, Ж.Б. Буссенго. Опыты, имеющие агрономическую направленность и предназначенные прежде всего для разработки рациональных приемов возделывания сельхозяйственных культур в конкретных природных условиях, включавшие поначалу ограниченный список наблюдений за растениями и почвой, заложили методическую возможность оценки агроэкосистемы и ее устойчивости под влиянием агрономических воздействий на протяжении лет и десятилетий [1]. Именно длительные полевые опыты обусловили появление ведущих достижений в сельскохозяйственной науке XIX века: фиксации азота, применения органических и минеральных удобрений, вымывания нитратов, циклов элементов питания и устойчивого производства продукции [2]. Практическое применение полученных результатов, в частности осознание проблемы лимитирования азота в агроэкосистемах, привело к развитию индустрии минеральных азотных
удобрений, а беспрецедентное увеличение объемов их применения с середины прошлого века и совершенствование технологических приемов, повышающих их эффективность, - к возможности увеличения более чем в 2 раза производства сельскохозяйственной продукции с 1 га пашни по сравнению с применением только органических удобрений и возделыванием бобовых культур в начале XIX века [3, 4].
В России история полевого экспериментирования началась в конце XIX века, когда по инициативе местных земств и обществ в 1884 г. были открыты земские опытные поля. Большое участие в организации опытов для научно-полевых исследований по агрономии, агрохимии, физиологии растений принимали видные ученые Д.И. Менделеев, К.А. Тимирязев, А.Г. Дояренко.
ПОЛЕВЫЕ ОПЫТЫ КАК МЕТОДИЧЕСКАЯ БАЗА АГРОXИМИЧЕСКИX И
АГРОЛАНДШАФТНЬК ИССЛЕДОВАНИЙ
Инвентаризация длительных полевых опытов мира, проведенная за последние 5 лет, показала, что более 80% из них заложено для характеристики агроэкосистем. Среди изучаемых факторов
160 140 120 100 80 60 40 20 0
54
12
28
Российская Федерация
Казахстан
Украина Беларусь
Рис. 1. Число научных учреждений, осуществлявших исследования по программе Географической сети опытов в 1987 г.
на первом месте стоят удобрения (55%), далее -севообороты (25%), системы обработки почвы (11%), изменение землепользования, включая лесовосстановление (9%) [2]. При осознании необходимости закладки новых опытов, прежде всего для более точной характеристики природно-климатических, почвенных условий, обоснования эффективности элементов интенсивных технологий сельскохозяйственного производства, а также расширения исследований на сенокосах, пастбищах, многолетних насаждениях и природных угодьях, поставлена задача максимального увеличения объема информации от ведущихся опытов для решения как фундаментальных, так и прикладных задач. Одним из путей решения подобных задач является организация единой экспериментальной сети исследований - для сравнительных оценок отзывчивости на внесение удобрений и мелиорантов, изменения севооборотов и систем обработки в различных почвен-но-климатических условиях. Подобная экспериментальная сеть дает возможность определить взаимосвязи между компонентами агроценоза в системе растение-почва-климат и предсказывать их реакцию при различных внешних возмущениях - при деградации и проградации почвенного покрова, глобальном изменении климата и межгодичной изменчивости тепло- и влагообеспе-ченности [2, 5]. Это приводит к своевременным и планируемым, а не вынужденным решениям в адаптации к подобным изменениям.
В то время как подобную проблематику стали обсуждать в европейских публикациях с конца 80-х гг. прошлого века, подобная система сравнительных исследований в СССР имела уже 50-летнюю историю, начиная с 1930-х гг., когда
по инициативе Д.Н. Прянишникова и А.Н. Ле-бедянцева были сформулированы методические предпосылки создания Географической сети опытов с удобрениями (Геосети) - единой экспериментальной базы по изучению минеральных удобрений. С первых дней организации Геосети под руководством Д.Н. Прянишникова были приняты унифицированная программа и методология проведения исследований в длительных полевых опытах, обязательная для всех учреждений и исполнителей, независимо от места расположения опытов на территории России. Наибольшего развития система полевого экспериментирования Геосети получила в 80-х гг. XX в., когда количество проводимых длительных опытов превысило 550 (рис. 1).
Исследования в системе длительных полевых опытов позволяют охватить множество сопряженных проблем в других областях науки: почвоведении, земледелии, растениеводстве, экологии. Они представляют большую историческую ценность и значимость также для экономики и социологии. Успех в исследованиях зависит от подключения ученых разного профиля для совместных исследований в рамках глобальных научных программ с использованием уникальных возможностей длительных опытов. Примером такого продуктивного взаимодействия являлся балансовый опыт в ОПХ "Михайловское" МСХА им. К.А. Тимирязева, организованный по инициативе И.С. Шатилова, где проводили исследования на стыке сразу нескольких научных направлений - общей биологии, физиологии растений, сельскохозяйственной метеорологии, биофизики, растениеводства. В опыте изучали радиационный режим и использование солнечной
Таблица 1. Преимущества и проблемы в исследовании агроценозов различными методами (с использованием данных [7])
Методы исследования Временной промежуток, лет Преимущества Проблемы и недостатки
Краткосрочные поле- >1 Универсальны для кратко- Экстраполяция и масштабирование
вые и микрополевые срочных исследований, позво- результатов; небольшие ошибки
опыты ляют быстро получить боль- приводят к смещенным длительным
шой объем данных по единой прогнозам, ограниченное число по-
схеме, важны как спутники казателей
длительных опытов
Длительные полевые > 20 Сопряженное наблюдение за Трудности в проведении и сохране-
опыты медленно изменяемыми по- нии в течение длительного времени,
казателями плодородия поч- требуют хорошей организации и со-
вы и возможностью устойчи- гласованности между сменяющими-
вого ведения земледелия ся исследователями
Проведение сплош- >5 Региональный охват измене- Не исследуют изменения отдельных
ных обследований ния изучаемых показателей в факторов систем земледелия, трудно
пространстве и времени выявить причины наблюдаемой ди-
намики
Компьютерное моде- <1...>10000 Наиболее убедительно при Зависят от наличия необходимых
лирование сопоставлении с наблюдае- экспериментальных данных
мыми экспериментальными
данными, модели универ-
сальны для прогнозов
энергии посевами различных культур, динамику фотосинтеза, дыхания растения в целом и его отдельных органов, суммарное водопотребление и транспирацию растений, поверхностный сток и инфильтрацию, баланс основных элементов минерального питания [6].
Одновременно проблемой длительных опытов являются трудности в их закладке и проведении: необходимость обеспечения требуемого объема полевых и аналитических работ, преемственность научных исследований при смене руководителей опыта, на что неизбежно накладываются методические трудности, ведущие к вынужденным модификациям опыта, многие из которых могут представлять компромисс с изначальной целью исследований (табл. 1). Любые изменения в условиях и объемах финансирования, приоритетов исследований, а также социальные проблемы и отсутствие заинтересованных исследователей -серьезные факторы, мешающие их продолжению [7]. Российские опыты, начиная с 90-х гг. прошлого века, не избежали этих проблем. За последние 20 лет резко сократилось финансирование полевых исследований в сельскохозяйственных научных учреждениях и высших учебных заведениях, закупки специализированной техники и оборудования, изменены научные планы, сокращены или переориентированы агрохими-
ческие отделы и кафедры, что привело к уменьшению штата как научных сотрудников, так и в особенности среднего технического персонала. В этих условиях многие длительные опыты пришлось закрыть или законсервировать, в том числе старейшие на территории России, заложенные в 30-х гг. XX в. на Долгопрудной и Соликамской опытных станциях. По результатам инвентаризации 2002 г. в России проводили 337 полевых многолетних опытов, но только 149 из них получили аттестаты соответствия требованиям методики опытного дела и включены в "Реестр аттестатов длительных опытов с удобрениями Российской Федерации" [8].
Арсенал методов исследования агроценозов в настоящее время включает также краткосрочные опыты, проведение регулярных обследований и компьютерное моделирование. Очевидным преимуществом сети краткосрочных опытов является возможность быстрого сравнительного исследо
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.