Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы 10
1.1 Бобовые культуры и биологизация земледелия 10
1.2 Продуктивность, симбиотическая азотфиксирующая активность бобовых культур и приемы их регулирования 17
1.3 Влияние азотфиксирующей активности бобовых трав на эффективность применения удобрений, урожайность зерновых культур и продуктивность севооборотов 26
1.4 Влияние систематического применения удобрений и известкования на плодородие почвы, урожайность культур и продуктивность земледелия ... 34
2 Почвенно-климатические условия, объекты и методы исследований 42
2.1 Почвенные условия 42
2.2 Метеорологические условия зоны и их вариабельность за годы исследования 45
2.3 Агротехнические условия 51
2.4 Схемы опытов и методика исследований 53
3 Влияние минеральных удобрений, известкования, условий увлажнения на продуктивность, качество и химический состав урожая, азотфиксирующую способность бобовых культур 59
3.1 Продуктивность 59
3.2 Качество, химический состав урожая и вынос элементов питания 80
3.2.1 Качество урожая 82
3.2.2 Содержание питательных элементов в наземной массе растений. 89
3.2.3 Вынос элементов питания 97
3.3 Симбиотическая азотфиксирующая активность 110
4 Влияние симбиотического азота, минеральных удобрений, известкования на урожайность, качество и химический состав зерновых культур 134
4.1 Урожайность 134
4.2 Качество, химический состав основной и побочной продукции 164
4.2.1 Качество продукции 165
4.2.2 Химический состав 183
4.3 Потребление и вынос элементов питания 202
4.4 Использование симбиотического азота 217
5 Симбиотическии азот, минеральные удобрения, из весткование почвы и продуктивность севооборотов 230
6 Баланс гумуса, питательных элементов и изменение свойств почвы при длительном внесении удобрений и известковании 243
6.1 Баланс гумуса 243
6.2 Баланс азота, фосфора и калия 252
6.3 Изменение агрохимических свойств почвы 266
6.3.1 Физико-химические свойства 267
6.3.2 Гумус и общий азот 270
6.3.3 Питательный режим почвы 272
6.3.4 Водный режим 277
7 Экологическая оценка применения удобрений 282
7.1 Влияние удобрений на миграцию нитратов по профилю почвы 282
7.2 Влияние удобрений на содержание нитратов в растениях 287
8 Экономическая и энергетическая эффективность симбиотического азота, применения минеральных удобрений, известкования 293
8.1 Экономическая эффективность 293
8.2 Энергетическая эффективность 302
Выводы 312
Предложения производству 318
Список использованной литературы 319
Приложения 375
- Продуктивность, симбиотическая азотфиксирующая активность бобовых культур и приемы их регулирования
- Влияние систематического применения удобрений и известкования на плодородие почвы, урожайность культур и продуктивность земледелия
- Метеорологические условия зоны и их вариабельность за годы исследования
- Качество, химический состав урожая и вынос элементов питания
Введение к работе
Актуальность проблемы. В земледелии лесостепи юга Нечерноземной зоны России азот находится в первом минимуме, которому принадлежит основная роль в повышении урожайности и качества растениеводческой продукции (Ивойлов А. В., 1997; Ахметов Ш. И., 2003).
Химико-техногенная интенсификация современного земледелия сопряжена с рядом трудностей. С возрастанием стоимости удобрений и затрат на их внесение ранее использовавшиеся системы удобрения сельскохозяйственных культур стали ресурсо- и энергозатратными. Основным требованием к системам удобрения должно быть повышение окупаемости малых и умеренных доз минеральных удобрений и эффективное использование достигнутого потенциала плодородия почв (Минеев В. Г., 2003; Лапа В. В., 2003). Из-за межотраслевого диспаритета цен резко сократились объемы применения удобрений (минеральных — в 9 - 12 раз, органических — в 8 — 9 раз, известковых материалов - в 18 раз), в результате в земледелии сложился отрицательный баланс питательных веществ и, как следствие, наблюдается деградация почв, в том числе черноземов (Попов П. Д., 2002; Минеев В. Г., 2003; Адрианов С. Н., 2004). Поэтому в земледелии особую актуальность приобретает проблема биологического азота. Симбиотически связанный азот атмосферы экологически безопасен и в десятки раз дешевле технического. Бобовые растения, особенно многолетние бобовые травы, обладают высокой и устойчивой продуктивностью, обеспечивают производство высокобелковых кормов, оказывают положительное влияние на все элементы почвенного плодородия и, что особенно важно, обладают высокой потенциальной сим-биотической азотфиксирующей активностью (Азаров Б. Ф., 1995; Трепа-чев Е. П., 1999; Кожемяков А. П., 1998,2001; Кшникаткина А. Н., 2001).
В этой связи важнейшими научно-практическими проблемами являются повышение азотфиксирующей активности бобовых культур и разработка наиболее рациональных и эффективных приемов сочетания биологического азота с минеральными и известковыми удобрениями, обеспечивающих их максимальную окупаемость растениеводческой продукцией.
Цель и задачи исследований. Цель исследований заключалась в установлении размеров вовлечения бобовыми травами и соей в биологический круговорот симбиотически связанного азота атмосферы в условиях неустойчивого увлажнения лесостепи, в разработке научных основ рационального использования симбиотического азота, минеральных и известковых удобрений.
В задачи исследований входило:
оценить продуктивность многолетних бобовых трав и костреца, их отзывчивость на минеральные и известковые удобрения, орошение;
изучить влияние известкования, макро- и микроудобрений, биопрепаратов и орошения на симбиотическую азотфиксирующую активность козлятника, люцерны, клевера и сои; :
выявить закономерности действия и взаимодействия симбиотического азота, уровней плодородия почвы и минерального питания на величину урожая, химический состав, качество возделываемых культур, продуктивность севооборотов;
установить масштабы вовлечения симбиотического азота в биологический круговорот в зависимости от структуры севооборотов и использования средств химизации;
определить размеры выноса, баланс гумуса и элементов минерального питания в зависимости от сочетания симбиотического азота с минеральными удобрениями, характер и темпы изменений агрохимических свойств почвы при длительном применении удобрений;
дать экологическую, экономическую и биоэнергетическую оценку действия симбиотического азота, минеральных и известковых удобрений на общую продуктивность севооборотов.
Представленная работа является составной частью НИР Мордовского НИИ сельского хозяйства в качестве раздела 01.Р.02 - 01.01.14 «Разработка и внедрение ресурсосберегающих систем удобрений на основе использования биологического азота, направленных на воспроизводство плодородия почв, обеспечение планируемых урожаев, получение сельскохозяйственной продукции высокого качества» (№ гос. регистрации 01.9.10020981) государственной проблемы 01.Р.02-01.01.
Научная новизна. Впервые на черноземах выщелоченных лесостепи юга Нечерноземной зоны России установлены масштабы вовлечения основными бобовыми культурами в биологический круговорот симбиотиче-ски связанного азота атмосферы, обоснованы рациональные дозы минеральных удобрений под многолетние травы, зерновые культуры и эффективные системы удобрения плодосменных севооборотов.
С учетом агроклиматических ресурсов региона изучены сравнительная продуктивность, качество, химический состав козлятника, люцерны, клевера и костреца в связи с применением минеральных удобрений, известкования и орошения; установлено влияние известкования, различных агрохимических фонов, минеральных удобрений, микроэлементов (Мо, В), ризоторфина и орошения на симбиотическую азотфикси-рующую активность бобовых трав и сои; определена степень участия симбиотического азота, агрохимических фонов, минеральных удобрений в формировании урожайности, качества, химического состава многолетних трав, зерновых культур и продуктивности севооборотов.
Установлены корреляционные связи между симбиотической азот-фиксирующей активностью бобовых трав и их урожайностью, продуктивностью травопольных севооборотов; между дозами азотного удобрения и симбиотической азотфиксирующей активностью люцерны и сои, величиной симбиотического аппарата сои, урожайностью, качеством и химическим составом многолетних трав и зерновых культур, продуктивностью плодосменных севооборотов.
Определены вынос питательных веществ единицей продукции и их затраты на формирование урожая многолетних трав и зерновых культур в зависимости от изучаемых факторов. Рассчитан баланс гумуса, питательных веществ и установлен допустимый норматив баланса элементов минерального питания для плодосменных севооборотов на черноземе выщелоченном лесостепи юга Нечерноземья.
Изучена степень влияния длительного применения различных доз минеральных и известковых удобрений в плодосменных севооборотах на свойства почвы и показана их экологическая безопасность.
Основные положения, выносимые на защиту:
оценка уровня биологического потенциала различных видов бобовых трав и сои по их способности к симбиотической азотфиксации и продуктивности;
степень участия симбиотического азота бобовых и средств химизации в повышении урожайности зерновых культур и продуктивности севооборотов;
высокоэффективные способы сочетания биологического азота, минеральных удобрений и известкования, обеспечивающие окупаемость 1 кг NPK за ротацию севооборота продукцией в 10 — 13 кормопротеиновых единиц (КПЕ);
энерго- и ресурсосберегающая система удобрения плодосменных севооборотов, обеспечивающая бездефицитный баланс гумуса и воспроизводство плодородия почвы.
Практическая значимость и реализация результатов исследования.
Результаты исследований являются теоретической и практической основой для разработки рациональных систем удобрения полевых севооборотов на черноземах выщелоченных лесостепи в условиях неустойчивого увлажнения, сочетающих использование симбиотического азота, минеральных и известковых удобрений, для прогнозирования действия удобрений на свойства почвы при длительном их применении.
Вовлечение в биологический круговорот симбиотически связанного азота атмосферы традиционными (люцерна, клевер) и новыми для зоны (козлятник, соя) бобовыми культурами дает возможность в условиях лесостепи юга Нечерноземья экономить азотные удобрения в плодосменных севооборотах не менее 78 кг/га, в травопольных - не менее 90 кг/га д. в. в год, повышает продуктивность бобовых и зерновых культур севооборотов и позволяет целенаправленно вести работы по биологизации земледелия.
Теоретические положения и результаты экспериментальных исследований нашли отражение в рекомендациях по различным аспектам применения минеральных, бактериальных, известковых удобрений в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур в условиях лесостепи юга Нечерноземья России.
Материалы исследований используются при изучении курсов «Агрохимия», «Системы земледелия», «Биологическое земледелие», «Техноло-
гия возделывания сельскохозяйственных культур» в Аграрном институте Мордовского государственного университета им. Н. П. Огарева.
Апробация работы. Результаты исследований доложены и обсуждены на международных, всероссийских и региональных конференциях и совещаниях, в т. ч. на международных конференциях в ВИУА (2000, 2002, 2003), в Чувашском НИИ сельского хозяйства (Чебоксары, 1998), в Пензенской ГСХА (Пенза, 2000), в Пермском НИИ сельского хозяйства (Пермь, 1996, 2002), в Поволжском НИИ селекции и семеноводства им. П. Н. Константинова (Самара — Кинель, 2004, 2005), в Зональном НИИ сельского хозяйства Северо-Востока им. Н. В. Рудницкого (Киров, 1998, 2000), в Санкт-Петербургском ГАУ (Санкт-Петербург — Пушкин, 2002); на ежегодных научных сессиях Северо-Восточного НМЦ РАСХН (Киров, 1996 - 2005); научных конференциях Мордовского университета «Огаревские чтения» (Саранск, 1995 -2004); на заседаниях ученого совета Мордовского НИИ сельского хозяйства (Саранск, 1990 — 2005); на республиканских научно-практических конференциях (Саранск, 2002 - 2005) и др.
Публикации в печати. По результатам исследований опубликовано 92 работы, в т. ч. 9 статей в реферируемых журналах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, восьми глав, выводов и рекомендаций производству. Работа изложена на 318 страницах компьютерного текста, содержит 83 таблицы, 16 рисунков и 36 приложений. Список использованной литературы включает 567 наименований, в т.ч. 12 иностранных авторов.
Продуктивность, симбиотическая азотфиксирующая активность бобовых культур и приемы их регулирования
Большинство исследователей едины во мнении, что масштабы и степень реализации агроэкологических функций многолетних трав, изложенные в первом разделе данной главы, напрямую зависят от их продуктивности, которая должна составлять не менее 6-7 т/га сухого вещества (Парахин Н. В., 1997; Зезюков Н. И., 2000; Шпаков А. С, 2002; Снеговой В. С, 2003).
Имеется многочисленная литература по изучению сравнительной продуктивности и агроэкологической оценке козлятника, люцерны, клевера, костреца, в которой показано преимущество той или иной культуры в зависимости от почвенно-климатических условий, возделываемых сортов, применения удобрений и уровня агротехники (Ларионов А. Г., 1966; Каджюлис Л. Ю., 1977; Мухина Н. А., 1978; Демидас Н. Г., 1983; Кутузова А. А., 1984; Новоселова А. С, 1986; Тюльдюков В. А., 1988; Чурзин В. Н., 1990; Азаров Б. Ф., 1995; Васин В. Г., 1995; Дронова Т. Н., 1995, 2003; Епифанов В. С, 1996, 2001; Судакина Г. М., 1996; Беляк В. Б., 1998; Реше-тов Г. Г., 1998; Семенова Н. М., 1998; Шайтанов О. Л., 1998; Трепачев Е. П., 1999; Бугреев В. А., 2000; Ельчанинова Н. Н., 2000; Кшникаткина А. Н., 2000, 2001; Зудилин С. Н., 2002; Казиев М., 2003; Технология выращивания ..., 2003; Благовещенский Г. В., 2004; Мелихова Н. П., 2004).
Люцерна - одна из самых ценных и урожайных культур. В. Н. Чурзин (1990), Т. Н. Дронова (1995) отмечают, что ведущее место среди многолетних трав в Нижнем Поволжье принадлежит люцерне. Длительный безморозный период, обилие тепла и солнечной радиации позволяют при орошении получать за вегетационный период 4-5 укосов люцерны с общей урожайностью сена до 20,0 - 25,0 т/га. Исследования последних лет по адаптации новых видов и сортов бобовых трав в Нижнем Поволжье (Дронова Т. Н., 2003) показали, что новые сорта клевера лугового Марс, ВИК-84, Ранний 2 и козлятник Донецкий 90 формировали урожайность на уровне лучшего районированного сорта синегибридной люцерны Надежда.
По данным Самарской ГСХА, урожай сена люцерны в орошаемом кормовом севообороте составил 15,3 - 17,5 т/га (Васин В. Г., 1995). На типичных черноземах Центрально-черноземной зоны в среднем за шесть лет исследований на оптимальном фосфорно-калийном фоне урожайность сена люцерны составила 7,48, клевера - 5,51 т/га (Азаров Б. Ф., 1995).
В многолетних исследованиях Пензенского НИИСХ урожай сухого вещества люцерны на черноземах выщелоченных составил 9,8 - 10,7 т/га (Епифанов В. С, 1996; Беляк В. Б., 1998). Исследованиями по видосортоиспытанию бобовых трав в Среднем Поволжье установлено, что на выщелоченных черноземах по сбору сухого вещества люцерна (7,2 - 9,0 т/га) была урожайнее козлятника восточного (6,2 - 7,5 т/га) и клевера лугового (6,4 т/га). Люцерна по содержанию в сухом веществе сырого протеина (18,37 - 19,78 %) и фосфора (0.32-0.36 %) была равноценна козлятнику (18,37 - 20,58 и 0,31 - 0,37 % соответственно). Содержание кальция в люцерне (1,87 - 2,01) значительно выше его количества в козлятнике (1,37 - 1,56 %) (Епифанов В. С, 2001). Клевер луговой широко распространен в лесной и лесостепной зонах европейской части России. По оценке продуктивности клевера, мнения исследователей расходятся. Л. Ю. Каджюлис (1977), Н. А. Мухина (1978), В. А. Тюльдю-ков (1988), В. Б. Беляк (1998), Е. П. Трепачев (1999), А. Н. Кшникаткина (2001) считают клевер луговой менее урожайной и долговечной культурой, чем люцерну, но более устойчивой к кислотности почв.
А. А. Кутузова с соавторами (1984), обобщая исследования, проведенные на орошаемых землях степной зоны, считают, что клевер способен формировать урожай либо на уровне люцерны, либо выше ее. Такого же мнения придерживаются Н. Г. Демидас (1983), А. С. Новоселова (1986).
В исследованиях А. Н. Кшникаткиной (Технология выращивания ..., 2003) установлена высокая продуктивность козлятника восточного. По урожайности зеленой массы и сухого вещества он превосходил люцерну в 1.6 и 1.7; клевер - 1.6 и 1.1; эспарцет - 1.5 и 1.3; донник - 1.4 раза. Высокая продуктивность козлятника сочетается с его высокой питательностью. По выходу кормовых единиц, переваримого протеина и обменной энергии козлятник превосходит другие многолетние травы в 1,7 -1,8 раза; 1,7 - 2,7; 1,5 - 2,0 раза соответственно.
О. Л. Шайтанов (1998) отмечает, что в условиях Республики Татарстан козлятник отличается достаточно стабильной как кормовой (7,1 - 8,7 т/га сухого вещества), так и семенной (0,25 - 0,40 т/га) продуктивностью.
На орошаемых землях Заволжья Саратовской области с каждого гектара получают 59,0 т зеленой массы и 0,3 т семян козлятника (Решетов Г. Г., 1998). По данным Челябинского НИИ сельского хозяйства (Семенова Н. М., 1998), в среднем за 8 лет урожай зеленой массы козлятника при двуукосном использовании составил 41,6 т/га, что в 2,5 раза выше люцерны. В условиях Нижегородской области козлятник формирует урожай зеленой массы 78,9 т/га (Судакина Г. М., 1996). В опытах Пензенской ГСХА на выщелоченных черноземах в среднем за 7 лет урожайность зеленой массы составила 76,5 т/га (Кшникаткина А. Н., 2000). Исследованиями НИИ сельского хозяйства ЦРНЗ установлено, что в среднем за два года по сбору сухого вещества люцерна превышала клевер луговой на 1,3 - 1,5 т/га, и райграс многолетний с внесением N145 - на 0,8-1,0 т/га (Благовещенский Г. В., 2004). По данным Е. П. Трепачева (1999), в Нечерноземье на окультуренных почвах люцерна по продуктивности превосходит клевер, особенно в засушливый год. Изучение сравнительной продуктивности многолетних трав в Самарской области (Зудилин С. Н., 2002) показало, что в среднем за три года посевы козлятника оказались продуктивнее люцерны и костреца по выходу с 1 га сухого вещества, переваримого протеина и кормопротеиновых единиц. В исследованиях Н. Н. Ельчаниновой (2000) козлятник по продуктивности в первые два года уступал люцерне, а в последующие превышал люцерну и кострец на 73 - 74 %. По данным М. Казиева (2003), в условиях Северного Кавказа за первые два года вегетации клевер обеспечивает получение 12,7 т/га сухого вещества, люцерна - 11,0, а козлятник - 7,0 т/га. В сумме за три года вегетации люцерна (15,0 т/га) и козлятник (14,4 т/га) имеют практически равную продуктивность. Исследованиями Пермского НИИ сельского хозяйства (Бугреев В. А., 2000) установлено, что козлятник и люцерна имеют равную кормовую продуктивность (сбор сухого вещества, сырого протеина) и значительно превосходят по этому показателю клевер луговой. Многолетние бобовые травы, зернобобовые культуры в симбиозе с клубеньковыми бактериями рода Rhizobium фиксируют азот атмосферы и включают его в биологический круговорот. Потенциальные размеры симбио-тической азотфиксации при обеспечении оптимальных условий для симбиоза могут достигать от 130 до 390 кг/га фиксированного азота для зернобобовых культур и от 270 до 550 кг/га для многолетних бобовых трав (Кожемяков А. П., 1998). Данные, полученные для естественных условий в стационарных полевых опытах, отличаются от вышеперечисленных и зависят от почвенно-климатических условий региона, уровня агротехники и т.д.
Влияние систематического применения удобрений и известкования на плодородие почвы, урожайность культур и продуктивность земледелия
Изучение закономерностей минерального питания растений и их отзывчивость на внесение удобрений в длительных полевых опытах являются важной информационной базой для научного обоснования рациональных приемов применения удобрений в севооборотах. Такие исследования позволяют выявить направленность изменения плодородия почвы и оградить окружающую среду от негативного влияния интенсивной химизации земледелия (Никити-шен В. И., 1984,1995, 2003; Панников В. Д., Минеев В. Г., 1987; Минеев В. Г., 1990; Расширенное воспроизводство,... 1993; Плодородие,... 1998).
Систематическое внесение удобрений оказывает многостороннее действие на состав и свойства черноземных почв и, прежде всего, повышают содержание подвижных соединений азота, фосфора и калия. Абсолютное большинство исследователей отмечают повышение количества нитратного и аммиачного азота в черноземах при внесении удобрений. В связи с высокими буферными свойствами черноземов внесение малых и средних доз удобрений не всегда сопровождается соответствующим повышением содержания подвижного фосфора. При внесении удобрений в дозах, обеспечивающих положительный баланс фосфора, происходит обогащение черноземов фосфатами. По мнению многих авторов, содержание подвижных форм калия (водорастворимый и обменный) повышается меньше, чем фосфора. Это в основном обусловлено высокой насыщенностью поглощающего комплекса черноземов двухвалентными основаниями, которые не вступают в реакцию обмена с кальцием. В таких условиях калий в основном накапливается в необменной форме (Горшков П. А., 1960; Кудзин Ю. К., 1966,1975; Артюхов И. К., 1973; Гинзбург К. Е., 1976; Алексеева Е. К, 1978; Бровкин В. И., 1985,1989,1993,1996,1999,2003; Жукова Л. М., 1985; Кураков В. А., 1985,1992; Чуб М. П., 1985,1998,2005; Карпинец Т. В., 1988; Косолапова А. В., 1990; Мартынович Л. И., 1990а, 19906, 1992а,б; Амиров М. Б., 1991; Богомазов Н. П., 1991, 1996; Лисовал А. П., 1991; Носко Б. С, 1995, 1997;
Ахметов Ш. И., 1996; Агеев В. В., 1997; Мязин Н. Г., 1997; Подколзин А. И., 1997, 2002; Филон И. И., 1997, 1999; Аркуша В. Е., 1998; Шапошникова И. М., 1998; Минеев В. Г., 1999, 2003,2004; Сатаров Г. А., 1999; Сычев В. Г., 2000,2003; Гришин Г. Е., 2001; Надежкина Е. В., 2001; Христенко А. А., 2001; Муха В. Д., 2003; Надежкин С. М., 2003; Петрова Л. Н., 2003; Проберж Э. С, 2003; Чумаченко И. R, 2003; Адрианов С. Н., 2004; Костин Я. В., 2005,2006 и др.).
В отличие от азота, которым богаты черноземы и значительное количество которого может поступать путем биологической фиксации, для фосфора и калия не существует естественных путей возобновления почвенных запасов. Верхние слои почвы могут несколько обогащаться фосфором и калием за счет нижних слоев, из которых глубоко идущая корневая система растений извлекает фосфор и калий. Но этот процесс далеко не соответствует темпам отчуждения фосфора и калия из почв урожаями. Основной источник поступления этих элементов в почву - это удобрения (Сдобникова О. В., 1985).
Применение удобрений наряду с улучшением пищевого режима чернозема не исключает снижения гумуса и, как правило, сопровождается увеличением всех форм кислотности, что обусловлено физиологической кислотностью азотных и калийных удобрений. По мнению большинства исследователей, увеличение кислотности связано с обеднением пахотного и подпахотного горизонтов подвижными формами кальция в результате их вымывания, выноса с сельскохозяйственной продукцией и расхода на нейтрализацию физиологически кислых минеральных удобрений (Алексеева Е. Н., 1978; Жукова Л. М., 1980; Музычкин Е. Т., 1983; Чуб М. П., 1985, 1998; Мязин Н. Г., 1997; Ивойлов А. В., 1997; Акулов П. Г., 1998; Шильников И. А., 1998; Гришин Г. Е., 2001; Муха В. Д., 2003; Азаров В. Б., 2003; Кураков В. И., 2006). Некоторые авторы рассматривают повышение кислотности черноземов, особенно южных фаций с высоким содержанием карбонатов, как благоприятный процесс, способствующий увеличению подвижности некоторых питательных веществ и доступности их растениям (Соболев Ф. С, 1960; Адерихин П. Г., 1970; Жукова Л, М., 1974; Шикула Н. К., 1990). Применение минеральных удобрений не всегда обеспечивает сохранение содержания гумуса на исходном уровне. Однако количество органического вещества в черноземах при систематическом внесении минеральных туков, как правило, равно или несколько выше, чем в почвах, используемых без удобрений. По мнению ряда авторов, это связано с большим количеством растительных остатков на удобренных участках (Минеев В. Г., 1978; Щевцо-ва Л. К., 1986; Мартынович Л. R, 1989; Найденов А. С, 1991; Золотарев Б. Н., 1992; Ахметов Ш. И., 1996; Ивойлов А. В., 1997; Зезюков Н. И., 1997; Под-колзин А. И., 1997; Богданов Ф. М., 1998; Смолин Н. В., 1998; Чуб М. П., 1998; Мязин Н. Г., 2000; Проберж Э. С, 2003).
Внесение удобрений, улучшая условия минерального питания растений, создает благоприятные условия для формирования урожая всех сельскохозяйственных культур. Наряду с увеличением урожайности удобрения оказывают большое влияние на качество растениеводческой продукции - содержание белков, жиров, Сахаров, крахмала, витаминов и других хозяйственно полезных веществ. Установлено, что азотные удобрения, как правило, усиливают процессы образования и накопления белка, фосфорные и калийные удобрения, наоборот, стимулируют накопление жиров и углеводов (Минеев В. Г., 1978, 1983,1990; Панников В. Д., 1987; Павлов А. Н., 1994; Мартынович Л. Н., 1995, 1996; Ахметов Ш. И., 1996; Ивойлов А. В., 1997; Подколзин А. И., 1997; Смолин Н. В., 1998; Аркуша В. Е., 1998; Чуб М. П., 1998; Шелганов И. И., 1998; Сатаров Г. А., 1999; Гришин Г. Е., 2001; Азаров В. Б., 2003; Макаров Р. Ф., 2001; Надежкин С. М., 2003; Сычев В. Г., 2003; Рымарь В. Т., 2003; Черкасов Г. Н., 2004; Костин Я. В., 2005, 2006).
Анализ экспериментального материала длительных стационарных опытов в различных зонах страны позволил В. Г. Минееву с соавторами (1980, 1983, 1993, 2000) сделать вывод о том, что регулярное применение удобрений обеспечивает повышение потенциального и эффективного плодородия почв и создает условия для последовательного роста урожайности отдельных культур и общей продуктивности севооборота. Вместе с тем, как отмечают авторы, нередко рост урожайности даже при наличии необходимого количества питательных веществ в почве может сдерживаться недостатком влаги, микроэлементов и другими лимитирующими факторами. Высокие дозы минеральных удобрений часто оказывают депрессивное действие на формирование урожая (Минеев В. Г., 1990, 1991, 2000).
Метеорологические условия зоны и их вариабельность за годы исследования
Лесостепь юга Нечерноземной зоны Российской Федерации расположена в умеренно-теплом поясе. Климат этой зоны - умеренно-континентальный и характеризуется значительными колебаниями температуры и относительной влажности воздуха, неравномерным распределением осадков по годам и в течение вегетационного периода, периодическими суховейными явлениями и засухами разной степени интенсивности.
Территория юга Нечерноземной зоны относится к району неустойчивого увлажнения, где повторяемость сухих, засушливых и полузасушливых лет составляет 38 %, нормальных по увлажнению - 30 %, влажных и избыточно-влажных - 32 %. Отношение месячных осадков к сумме значений дефицита влажности воздуха за июнь - август составляет 0.25 - 0.27 (значения 0.25 - 0.20 - показатель засушливости климата) (Бучинский И. Е., 1976).
Средняя годовая температура воздуха 3.5 - 4.0 С, самого холодного месяца января - 11.3 С, самого теплого июля + 19 С. Продолжительность теплого периода года 209 - 214 дней, продолжительность вегетационного периода (со среднесуточной температурой выше + 5 С) - 175 - 180 дней, продолжительность периода активной вегетации (со среднесуточной температурой выше + 10 С) - 137 - 144 дня. Для теплолюбивых культур наиболее благоприятным является период со средней температурой воздуха выше + 15 С, средняя продолжительность которого - 95 - 99 дней. Безморозный период в воздухе длится 135 - 146 дней. Сумма активных температур выше + 10 С составляет 2 200 - 2 380 С.
По средним многолетним данным условия, влагообеспеченности в лесостепи Нечерноземья удовлетворительные. Среднегодовое количество осадков около 500 мм с колебаниями от 300 мм в сильнозасушливые до 700 мм во влажные годы. За период активной вегетации количество осадков в среднем составляет 230 - 260 мм, со значительными колебаниями по годам (Агроклиматические ресурсы..., 1971; Михайлевская Е. И., 1983).
Гидротермический коэффициент Г. Т. Селянинова (ГТК), характеризующий обеспеченность сельскохозяйственных растений теплом и влагой в период вегетации и имеющий среднее значение, равное 1.1-1.2, свидетельствует о достаточном увлажнении территории юга Нечерноземья. ГТК очень сильно изменяется по годам (от 0.2 до 2.5), что свидетельствует о континен-тальности климата и неустойчивости увлажнения региона (Шашко Д. И., 1985; Федосеев А. П., 1986).
В целом климат зоны характеризуется как вполне благополучный для возделывания как традиционных для зоны сельскохозяйственных культур, так и для новых (козлятник, скороспелые сорта сои северного экотипа), активная интродукция которых началась в 80-х годах прошлого столетия (Агроклиматическиересурсы..., 1971; Исайкин И. И., 2002).
Метеорологические условия в годы проведения опытов были весьма разнообразными (рис. 1,2,3,4; табл. 2,3; прил. 1 -4). Из тринадцати лет наблюдений за уровнем теплообеспеченности возделываемых культур периода вегетации пять лет (39 %) были близки к средне-многолетней норме, три года были отмечены с недобором тепла, а пять лет -избытком тепла. Среднесуточная температура за период вегетации составила 16.7 С с коэффициентом вариации по годам 7 %.
Влагообеспеченность возделываемых культур в мае - августе в течение четырех лет (31 %) находилась в пределах нормы. Пять лет (1991, 1992, 1997, 1998, 2001) характеризовались недостаточным увлажнением (в т. ч. 1998 г. был сильнозасушливый), когда количество осадков было ниже средних многолетних на 16-41 %. А такие годы как 1989, 1990, 1995 и 2000 характеризовались повышенным и избыточным увлажнением, количество осадков превышало климатическую норму на 10 - 60 %. Коэффициент вариации (V) осадков периода вегетации составил 29 %. ГТК периода вегетации в первой группе лет находился в пределах 1.1 - 1.4, во второй 0.6 - 0.9 (в 1998 г. - 0.6), в третьей -1.2 - 2.3. Коэффициент вариации ГТК за вегетацию равнялся 37 % и наиболее высоким был в июне (77 %) и в июле (63 %).
Период налива и созревания зерна злаковых культур (июль) по условиям влагообеспеченности в течение шести лет был среднезасушливый, двух - сильнозасушливый (ГТК 0.4), двух - средней степени переувлажнения (ГТК 1.7 и 2.0) и двух - избыточно влажный (ГТК 2.3 и 2.6). Из 7 лет исследований период формирования урожая первого укоса многолетних трав в 1991 и 1995 гг. характеризуется как нормальный по условиям тепло- и влагообеспеченности (ГТК 1.0 - 1.1), в 1992 и 1993 гг. - засушливый (ГТК 0.8 и 0.3), а в 1989, 1990, 1994 гг. - средней степени переувлажнения (ГТК 1.4 - 2.0). Формирование урожая второго укоса трав в 1991 и 1992 гг. проходила в условиях недостаточного влагообеспечения (ГТК 0.7 и 0.9), в 1989 г. в нормальных условиях увлажнения (ГТК 1.2), в 1993 - 1995 гг. в условиях средней степени переувлажнения (ГТК 1.4 - 2.0) и в 1990 г. - в условиях избыточного увлажнения (ГТК 2.4). Таким образом, метеорологические условия в годы проведения исследований были различными, но типичными для зоны.
Качество, химический состав урожая и вынос элементов питания
Имеется немногочисленная литература по химическому составу и качеству многолетних трав и о влиянии на эти показатели минеральных удобрений, известкования и орошения. Большинство работ по этому вопросу выполнены в других почвенно-климатических условиях. Число исследований на черноземах выщелоченных лесостепи европейской России крайне ограничено, а имеющиеся часто содержат противоречивые сведения.
Так, опытами В. С. Епифанова (2001) в условиях лесостепи Среднего Поволжья установлено, что люцерна по содержанию в сухом веществе сырого протеина (18.37 - 19.78 %) и фосфора (0.32 - 0.36 %) была равноценна козлятнику (18.37 - 20.58 и 0.31 - 0.37 % соответственно). Содержание кальция в люцерне (1.87 - 2.01) значительно выше, чем в козлятнике (1.37 - 1.56 %). Исследованиями Э. П. Буланенковой (1990а) на черноземах выщелоченных без внесения удобрений установлено, что по концентрации сырого протеина козлятник (21.3 - 19.1 %) превосходит традиционные культуры. Люцерна уступала козлятнику на 1.4 - 3.0 %. Самое низкое количество клетчатки (21.1 - 24.8 %) содержалось в урожае клевера, самое высокое (35.1 - 36.9 %) - в урожае костреца. В растениях козлятника этого вещества было на 0.2 - 1.9 % больше, чем у люцерны. По содержанию кальция люцерна превосходит все травы (1.80 - 1.83 %). Затем следует клевер (1.65 - 1.74 %), козлятник (1.10 - 1.55 %). Фосфора во всех культурах содержалось в пределах 0.32 - 0.41 %. Преимущественное количество этого элемента обнаружено в урожае козлятника (0.38 - 0.41 %).
А. П. Еряшев (2003) показал, что козлятник превосходил люцерну по содержанию азота на 0.51 %, сырого протеина - на 3.19 %, сырого жира - на 0.37 %, сахара - на 4.7 %, кальция - на 0.16 %. Незначительно они отличались по содержанию сырой клетчатки (30.11 % и 29.05 %) и фосфора (0.27 % и 0.29 %). По концентрации в сухом веществе калия козлятник на 0.57 % уступал люцерне (2.54 %). Исследованиями А. Н. Кшникаткиной (2001) установлено, что под воздействием удобрений в растениях козлятника повышается содержание питательных веществ, особенно таких ценных, как протеин, углеводы, содержание зольных элементов. Внесение P120K180 способствовало увеличению содержания протеина в сене с 19.1 до 20.5 %. Азотные удобрения в дозе 60 - 90 кг/га увеличивали количество сырой клетчатки на 0.99 - 3.48 % и снижали содержание сухого вещества в зеленой массе. Внекорневая подкормка козлятника молибденом на фоне обработки семян молибденом и экостом повышала содержание протеина на 1.37 - 1.53 %, сырого жира - на 0.23 - 0.35 %, снижала концентрацию сырой клетчатки на 0.8 - 1.3 %. А. П. Еряшев (2003) изучал влияние минеральных удобрений на качество и химический состав козлятника на черноземах выщелоченных. Максимальное количество азота (3.05 - 3.10 %) и сырого протеина (18.4 - 19.5 %) в сухом веществе отмечено при внесении фосфора и калия под запланированный урожай сухого вещества 6 т/га и одноразовом внесении этих туков под запланированный урожай сухого вещества 4 т/га в запас на три года. Удобрения существенно не изменяли концентрацию сырой клетчатки, сырого жира, фосфора, калия и кальция.
А. В. Ивойлов (1997) показал, что внесение азота отдельно и в сочетании с РК удобрениями под предшествующие культуры снижало содержание азота в растениях клевера лугового, усиливало поступление К и Са в растения. Применение калийного удобрения увеличивало зольность растения и содержание в них калия, в то же время уменьшало содержание кальция в зеленой массе клевера.
Другими исследованиями автора (А. В. Ивойлов, 1988) установлено, что известкование почвы и применение минеральных удобрений не оказало значительного влияния на содержание в люцерне синегибридной элементов питания. Отмечена лишь тенденция к увеличению количества сырого протеина в сене люцерны при известковании почвы на фоне внесения РК удобрений.
Таким образом, очевидна необходимость проведения исследований изучения качества и химического состава традиционных многолетних трав и козлятника восточного в связи с применением макро- и микроудобрений, ризоторфина, орошения, известкования чернозема выщелоченного в условиях лесостепи юга Нечерноземья.
