Вплив ґрунтозахисних заходів на стан ґрунту та продуктивність рослин
Анотація
У Казахстані сільськогосподарські землі деградували протягом десятиліть, що призвело до загального зниження врожайності сільськогосподарських культур. Метою дослідження є проведення екологічної оцінки сучасного стану ґрунтів Казахстану для підвищення врожайності сільськогосподарських культур з використанням ґрунтозахисних методів. Під час проведення дослідження використовувалися такі методи: картографічний, аналізу і синтезу, систематизації, абстрагування, конкретизації, прогнозування. Під сільське господарство використовується 86 % земель Казахстану. Активне землекористування призвело до різних форм деградації, внаслідок чого налічується 90 млн га еродованих ґрунтів, з яких 29.3 млн га практично повністю розмиті. У 2023 році середня врожайність зернових культур становила 9.3 ц/га, олійних – 7.1 ц/га, овочевих – 275.4 ц/га. Зазначено, що врожайність зернових культур у 2023 році нижча на 28 %, ніж у попередньому періоді 2020-2022 рр., незважаючи на збільшення посівних площ. Посуха та деградація ґрунтів є основними причинами зниження врожайності зернових культур. Зазначено, що основними біологічними обмеженнями для виробництва зернових культур є ґрунтова посуха, суховії, деградація та екстремальні температури, особливо в богарних зрошуваних системах землеробства на посушливих землях, таких як південь Казахстану. У північній і центральній частині Казахстану угіддя сільськогосподарського призначення представлені чорноземами і каштановими ґрунтами, а на півдні бурими напівпустельними. Найбільші площі еродованих сільськогосподарських угідь розташовані в Алматинській, Атирауській і Туркестанській областях – понад 30 %, а найменші – в Акмолинській, Карагандинській, Костанайській і Північно-Казахстанській областях – 5 %. Для продуктивного вирощування зернових культур необхідний моніторинг ґрунту за основними рухомими елементами, які впливають на врожайність рослин. Середні значення для Республіки Казахстан становлять: вміст азоту – 37.5 мг/кг, фосфору – 16.8 мг/кг, калію – 419.5 мг/кг, гумусу – 2.8 %. Практична значущість дослідження полягає в розширенні та доповненні теоретичної бази досліджень у галузі деградації ґрунтів, а отримані результати пропонуються для комплексної екологічної оцінки ґрунтів Казахстану
Ключові слова
агрохімічний аналіз; природність; раціональне землекористування; гумус; азот; фосфор
[1] Abdelfattah, M.A., Rady, M.M., Belal, H.E.E., Belal, E.E., Al-Qthanin, R., Al-Yasi, H.M., & Ali, E.F. (2021). Revitalizing fertility of nutrient-deficient virgin sandy soil using leguminous biocompost boosts Phaseolus vulgaris performance. Plants, 10(8), article number 1637. doi: 10.3390/plants10081637.
[2] Ansari, M.A., Ravisankar, N., Hak Ansari, M., Babu, S., Layek, J., & Panwar, A.S. (2023). Integrating conservation agriculture with intensive crop diversification in the maize-based organic system: Impact on sustaining food and nutritional security. Frontiers in Nutrition, 10, article number 1137247. doi: 10.3389/fnut.2023.1137247.
[3] Bayu, T. (2020). Review on contribution of integrated soil fertility management for climate change mitigation and agricultural sustainability. Cogent Environmental Science, 6(1), article number 1823631. doi: 10.1080/23311843.2020.1823631.
[4] Bureau of National Statistics. (2023). Industry statistics: Statistics of agriculture, forestry, hunting and fisheries. Retrieved from https://stat.gov.kz/en/industries/business-statistics/stat-forrest-village-hunt-fish/.
[5] Cai, Y., Zhang, F., Duan, P., Jim, C.Y., Chan, N.W., Shi, J., Liu, C., Wang, J., Bahtebay, J., & Ma, X. (2022). Vegetation cover changes in China induced by ecological restoration-protection projects and land-use changes from 2000 to 2020. Catena, 217, article number 106530. doi: 10.1016/j.catena.2022.106530.
[6] Corwin, D.L. (2021). Climate change impacts on soil salinity in agricultural areas. European Journal of Soil Science, 72(2), 842-862. doi: 10.1111/ejss.13010.
[7] Darbayeva, T., Ramazanova, N., Chashina, B., Berdenov, Zh., Mendybayev, E., Wendt, J.A., & Atasoy, E. (2020). Modeling soil erosion in the Chagan River basin of the west Kazakhstan with using RUSLE and GIS tools. Journal of Environmental Biology, 41(2), 396-404. doi: 10.22438/jeb/41/2(SI)/JEB-18.
[8] Derepaskin, A.I., Poliсhshuk, Y.V., Shayakhmetov, A.B., Bedych, T.V., Kuvaev, A.N., & Tokarev, I.V. (2023). Influence of parallel driving systems and differentiated fertilizer application on the efficiency of using machine and tractor units in the southern chernozem of North Kazakhstan. Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis, 71(1), 43-51. doi: 10.11118/actaun.2023.004.
[9] Farahat, S.M., Rakhimgalieva, S.Zh., & Esbulatova, A.Zh. (2022). Digital technologies for agrochemical soil survey. Science and Education, 2(4(69)), 103-114. doi: 10.52578/2305-9397-2022-4-2-103-114.
[10] Fortuna, A.-M., Starks, P.J., Moriasi, D.N., & Steiner, J.L. (2023). Use of archived data to derive soil health and water quality indicators for monitoring shifts in natural resources. Journal of Environmental Quality, 52(3), 523536. doi: 10.1002/jeq2.20476.
[11] Grzebisz, W., Diatta, J., Barłóg, P., Biber, M., Potarzycki, J., Łukowiak, R., Przygocka-Cyna, K., & Szczepaniak, W. (2022). Soil fertility clock-crop rotation as a paradigm in nitrogen fertilizer productivity control. Plants, 11(21), article number 2841. doi: 10.3390/plants11212841.
[12] Hnatkivskyi, B., Poltavets, A., & Havrylchenko, O. (2022). Analysis of the current state of organization of land use management in agricultural enterprises. Baltic Journal of Economic Studies, 8(4), 50-57. doi: 10.30525/22560742/2022-8-4-50-57.
[13] Jain, S., & Tembhurkar, A.R. (2022). Sustainable amelioration of fly ash dumps linking bio-energy plantation, bioremediation and amendments: A review. Journal of Environmental Management, 314, article number 115124. doi: 10.1016/j.jenvman.2022.115124.
[14] Kaldybekov, A.B., Bektanov, B.K., Rsymbetov, B.A., Bazarbaev, S.O., & Dzhanteliev, D.T. (2022). Features of water and nutritional regimes of gray-brown soils in seasonal pastures of the desert zone of the South-Eastern Balkhash region. Herald of Science of S. Seifullin Kazakh Agro Technical Research University, 2(113), 55-65. doi: 10.51452/kazatu.2022.2(113).1076.
[15] Kang, L., Zhao, R., Wu, K., Huang, Q., & Zhang, S. (2021). Impacts of farming layer constructions on cultivated land quality under the cultivated land balance policy. Agronomy, 11(12), article number 2403. doi: 10.3390/ agronomy11122403.
[16] Kazlauskas, M., Šarauskis, E., Lekavičienė, K., Naujokienė, V., Romaneckas, K., Bručienė, I., Buragienė, S., & Steponavičius, D. (2022). The comparison analysis of uniform-and variable-rate fertilizations on winter wheat yield parameters using site-specific seeding. Processes, 10(12), article number 2717. doi: 10.3390/pr10122717.
[17] Kenenbaev, S.B., Ramazanova, S.B., & Gusev, V.N. (2023). State and prospects of mineral fertilizers use in agriculture of Kazakhstan. SABRAO Journal of Breeding and Genetics, 55(3), 886-895. doi: 10.54910/ sabrao2023.55.3.23.
[18] Khosravi, K., Rezaie, F., Cooper, J.R., Kalantari, Z., Abolfathi, S., & Hatamiafkoueieh, J. (2023). Soil water erosion susceptibility assessment using deep learning algorithms. Journal of Hydrology, 618, article number 129229. doi: 10.1016/j.jhydrol.2023.129229.
[19] Koza, M., Schmidt, G., Bondarovich, A., Akshalov, K., Conrad, C., & Pöhlitz, J. (2021). Consequences of chemical pretreatments in particle size analysis for modelling wind erosion. Geoderma, 396, article number 115073. doi: 10.1016/j.geoderma.2021.115073.
[20] Kuanova, L., Bekbossinova, A., & Abdykadyr, T. (2023). Assessment of the sustainable development of regions: The case of Kazakhstan. Eurasian Journal of Economic and Business Studies, 3(67), 122-135. doi: 10.47703/ejebs. v3i67.310.
[21] Kunanbayev, K., Churkina, G., Filonov, V., Utebayev, M., & Rukavitsina, I. (2022). Influence of cultivation technology on the productivity of spring wheat and the humus state of southern carbonate soils of Northern Kazakhstan. Journal of Ecological Engineering, 23(3), 49-58. doi: 10.12911/22998993/145459.
[22] Lal, R. (2020). Soil organic matter content and crop yield. Journal of Soil and Water Conservation, 75(2), 27A-32A. doi: 10.2489/jswc.75.2.27A.
[23] Li, H., Zhang, Y., Sun, Y., Liu, P., Zhang, Q., Wang, X., Wang, R., & Li, J. (2023). Long-term effects of optimized fertilization, tillage and crop rotation on soil fertility, crop yield and economic profit on the Loess Plateau. European Journal of Agronomy, 143, article number 126731. doi: 10.1016/j.eja.2022.126731.
[24] Makenova, S.K., Alipbeki, O.A., Tatarintsev, V.L., Inkarov, D.S., Asanova, G.A., & Muzyka, O.S. (2023). Issue on land degradation in Kazakhstan. Herald of Science of S. Seifullin Kazakh Agro Technical Research University, 2(117), 261-272. doi: 10.51452/kazatu.2023.2(117).1406.
[25] Malakhov, D., Batyrbayeva, M., & Vitkovskaya, I.A. (2022). A new method for land degradation assessment in the arid zone of Republic of Kazakhstan. In Environmental degradation in Asia: Land degradation, environmental contamination, and human activities (pp. 135-161). Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3-031-12112-8_7.
[26] Peixoto, D.S., de Castro Moreira da Silva, L., de Melo, L.B.B., Azevedo, R.P., Lemos Araújo, B.C., de Carvalho, T.S., Guimarães Moreira, S., Curi, N., & Montoani Silva, B. (2020). Occasional tillage in no-tillage systems: A global metaanalysis. Science of the Total Environment, 745, article number 140887. doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.140887.
[27] Pinto, A.P., Faria, J.M.S., Dordio, A.V., & Carvalho, A.P. (2023). Organic farming – A sustainable option to reduce soil degradation. In Agroecological approaches for sustainable soil management (pp. 83-143). Hoboken: Wiley Blackwell. doi: 10.1002/9781119911999.ch5.
[28] Rau, A., Koibakova, Y., Nurlan, B., Nabiollina, M., Kurmanbek, Zh., Issakov, Y., Zhu, K., & Dávid, L.D. (2023). Increase in productivity of chestnut soils on irrigated lands of Northern and Central Kazakhstan. Land, 12(3), article number 672. doi: 10.3390/land12030672.
[29]Rayichuk, L., Draga, M., & Boroday, V. (2023). Product environmental footprint and bread industry. In Baking business sustainability through life cycle management (pp. 15-27). Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3-03125027-9_2.
[30] Shah, K.K., Modi, B., Pandey, H.P., Subedi, A., Aryal, G., Pandey, M., & Shrestha, J. (2021). Diversified crop rotation: An approach for sustainable agriculture production. Advances in Agriculture, 2021, article number 8924087. doi: 10.1155/2021/8924087.
[31] Shah, S.T., Ullah, I., Basit, A., Sajid, M., Arif, M., & Mohamad, H.I. (2022). Mulching is a mechanism to reduce environmental stresses in plants. In Mulching in agroecosystems: Plants, soil & environment (pp. 353-376). Singapore: Springer. doi: 10.1007/978-981-19-6410-7_20.
[32] Sharma, S., Kaur, G., Singh, P., Alamri, S., Kumar, R., & Siddiqui, M.H. (2022). Nitrogen and potassium application effects on productivity, profitability and nutrient use efficiency of irrigated wheat (Triticum aestivum L.). PLoS ONE, 17(5), article number e0264210. doi: 10.1371/journal.pone.0264210.
[33] Smagulova, Sh., Yermukhanbetova, A., Akimbekova, G., Yessimzhanova, S., Razakova, D., Nurgabylov, M., & Zhakupova, S. (2022). Prospects for digitalization of energy and agro-industrial complex of Kazakhstan. International Journal of Energy Economics and Policy, 12(2), 198-209. doi: 10.32479/ijeep.12859.
[34] Tokbergenova, A., Kiyassova, L., & Kairova, Sh. (2018). Sustainable development agriculture in the Republic of Kazakhstan. Polish Journal of Environmental Studies, 27(5), 1923-1933. doi: 10.15244/pjoes/78617.
[35] Turebayeva, S., Zhapparova, A., Kekilbayeva, G., Kenzhegulova, S., Aisakulova, Kh., Yesseyeva, G., Bissembayev, A., Sikirić, B., Sydyk, D., & Saljnikov, E. (2022). Development of sustainable production of rainfed winter wheat with no-till technologies in Southern Kazakhstan. Agronomy, 12(4), article number 950. doi: 10.3390/ agronomy12040950.
[36] United Nations. (2013). The III-VI national communication of the Republic of Kazakhstan to the UN framework convention on climate change (UNFCCC). Astana: LLP Print house “Forma Plus”.
[37] Zhang, W.P., Fornara, D., Yang, H., Yu, R.P., Callaway, R.M., & Li, L. (2023). Plant litter strengthens positive biodiversity-ecosystem functioning relationships over time. Trends in Ecology & Evolution, 38(5), 473-484. doi: 10.1016/j.tree.2022.12.008.
[38] Zhu, R., Yu, Y., Zhao, J., Liu, D., Cai, S., Feng, J., & Rodrigo-Comino, J. (2023). Evaluating the applicability of the water erosion prediction project (WEPP) model to runoff and soil loss of sandstone reliefs in the Loess Plateau, China. International Soil and Water Conservation Research, 11(2), 240-250. doi: 10.1016/j.iswcr.2023.01.003.
[39] Zhumagulova, M.K., Bakenova, Zh.B., Kairova, G.N., Kazibaeva, S.Zh., Urazaeva, M.B., & Roslan, I. (2022). Influence of mineral fertilizers and bioproducts on the agrochemical properties of dark chestnut soil and quality of apple fruits in the conditions of the South-East of Kazakhstan. Annals of Forest Research, 65(1), 7737-7746.