Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Условия проведения и методика исследований..32
1.1. Характеристика природных условий зоны 32
1.2. Характеристика чернозема выщелоченного 33
1.3. Условия проведения исследований 40
1.4. Методика исследований 43
Глава 2. Действие удобрений и химических мелиорантов на агрохимические свойства чернозёма выщелоченного 47
2.1. Содержание и динамика питательных веществ в почве 47
2.2. Содержание питательных веществ в чернозёме при различных системах удобрений 56
2.3. Влияние химических мелиорантов, органических и минеральных удобрений на кислотность почвы и состав ППК 62
2.4. Действие различных систем удобрений на содержание и запасы гумуса 73
Глава 3. Влияние химических мелиорантов на урожайность зерновых культур 79
3.1. Урожайность зерновых культур и продуктивность зернопарового севооборота в первом стационарном опыте закладки 2000 года 79
3.2. Урожайность зерновых культур и продуктивность зернопарового севооборота во втором стационарном опыте закладки 2001 года 86
3.3. Агрономическая эффективность применения удобрений химических мелиорантов 97
Глава 4. Качество сельскохозяйственной продукции под влиянием удобрений и химических мелиорантов в полевых севооборотах 100
Глава 5. Экономическая и биоэнергетическия оценка удобрений и химических мелторантов 113
5.1. Экономическая эффективность применения удобрений и химических мелиорантов 112
5.2. Биоэнергетическая эффективность применения удобрений и химических мелиорантов 119
Выводы 124
Рекомендации производству 125
Список литературы 126
Приложения 142
- Характеристика чернозема выщелоченного
- Содержание питательных веществ в чернозёме при различных системах удобрений
- Урожайность зерновых культур и продуктивность зернопарового севооборота во втором стационарном опыте закладки 2001 года
- Качество сельскохозяйственной продукции под влиянием удобрений и химических мелиорантов в полевых севооборотах
Введение к работе
Актуальность работы. В условиях экстенсивного ведения сельского хозяйства постоянно снижается плодородие чернозёмов. Наблюдается уменьшение запасов гумуса, содержания доступных форм питательных веществ, разрушается ППК и почвенная структура (Егоров В.П., 1989; Егоров В.П., Кривонос Л.А., 1983, 1995). Эти неблагоприятные процессы привели к изменению питательного режима, агрофизических свойств почв, что, в конечном итоге, отрицательно влияет на величину урожая сельскохозяйственных культур и на качество продукции.
Плодородие почв в значительной степени зависит от оптимального содержания в них кальция, который, в отличие от других катионов, способствует созданию в почве наиболее благоприятных агрохимических свойств, улучшает её структуру. Катионы кальция выступают основными конкурентами других химических элементов, играют главную роль в процессах образования комплексов с гумусовыми веществами. Кальций стимулирует развитие полезных почвенных микроорганизмов, особенно бактерий обогащающих почву азотом и является важным элементом питания растений. В связи с этим необходимы приёмы комплексного повышения плодородия почв, способствующие как улучшению режима питания растений, так и восстановлению агрофизических и физико-химических свойств черноземов.
Цель исследований. Разработать приемы повышения плодородия почв и увеличения продуктивности зерновых культур под влиянием удобрений и химических мелиорантов.
Задачи исследований:
Исследовать изменения агрохимических свойств чернозема под влиянием извести, гипса и фосфоритной муки.
Изучить влияние навоза, соломы и зеленого удобрения на накопление в почве органического вещества.
3. Изучить воздействие химических мелиорантов, органических и
минеральных удобрений на величину урожая и качество продукции
зерновых культур.
4. Выявить эффективность экономических и биоэнергетических затрат
4 при внесении удобрений и химических мелиорантов.
Научная новизна. Впервые в условиях Курганской области исследуется
действие извести и гипса в комплексе с органическими и минеральными
удобрениями на питательный режим, кислотность, состав ППК, содержание
гумуса чернозема выщелоченного. Определено их влияние на урожайность и
качество зерновых культур. Дана экономическая и энергетическая оценка
изучаемых средств повышения плодородия чернозёма выщелоченного и уве-
% личения продуктивности растений.
Защищаемые положения:
1. Применение извести, фосфоритной муки в комплексе с органиче
скими удобрениями увеличивает содержание Са в ППК чернозёма
выщелоченного, снижает кислотность, повышает содержание гуму
са и питательных веществ в почве
2. Использование извести, гипса и фосфоритной муки в комплексе с
Л органическими удобрениями на выщелоченных чернозёмах Заура
лья способствует увеличению продуктивности и улучшению качест
ва зерновых культур.
Практическая ценность работы. Результаты работы могут быть исполь
зованы в сельском хозяйстве для повышения плодородия выщелоченных
чернозёмов. В полевых опытах доказана высокая эффективность известкова
ния и фосфоритования выщелоченного чернозёма на фоне применения орга-
Ф нических удобрений, способствовавших увеличению урожайности возделы-
ваемых культур и получению продукции высокого качества.
Апробация работы. Основные положения работы доложены на XLIII и XLIV научно-технических конференциях Челябинского государственного аг-роинженерного университета (Челябинск 2004, 2005 г.г.); на Международной
6 научно-практической конференции «Научные результаты - агропромышленному производству» (Курган, 2004 г.); на 38 Международной научно практической конференции «Применение средств химизации - основа повышения продуктивности сельскохозяйственных культур и сохранения плодородия почв» (ВНИИА) (Москва, 2004 г.); на I Всероссийской научной практической конференции «60 лет высшему аграрному образованию Северо - Востока Нечерноземья» (Киров, 2004 г.); на Международной научно-практической конференции «Проблемы борьбы с засухой» (Ставрополь, 2004) и опубликованы в журнале «Аграрный вестник Урала» № 5 (17), 2003 г.
Личный вклад соискателя. Работа выполнена в Курганской государственной сельскохозяйственной академии (КГСХА) в 2000-2004 годах. Полевые работы, лабораторные анализы, математическая обработка результатов выполнены лично соискателем в рамках плана НИР кафедры агрохимии и почвоведения.
Производственная проверка полученных результатов осуществлялась в 2004 году в СПК «Заря» Долматовского района Курганской области на площади 12 га. Акт о внедрении прилагается к диссертации.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 141 странице печатного текста. Работа состоит из введения, обзора литературы, 5 глав, выводов, рекомендаций производству, содержит 31 таблицу, 9 рисунков и 26 приложений. Библиографический список включает 176 источников, в том числе 10 работ зарубежных авторов.
Характеристика чернозема выщелоченного
В результате проведенных исследований в лесостепной полосе Зауралья в качестве зональных почв выделены выщелоченные, обыкновенные чернозёмы и лугово- чернозёмные почвы (Маландин Г.А.,1936; Горшенин К.П., 1955; Бахарева А.Ф., 1959; Егоров В.П., Кривонос Л.А., 1995 и др.). Всеми исследователями было установлено, что зауральские чернозёмы существенно отличаются по многим признакам от чернозёмов Европейской провинции. У них худшие водно-физические свойства, более низкая биологическая активность. И.И. Карманов (1980) рассчитал, что потенциальное плодородие сибирских чернозёмов в три раза ниже, чем у восточно-европейских.
Выщелоченные черноземы лесостепи Зауралья выделялись всеми исследователями, работавшими в этих районах. Генетическая характеристика и вопросы классификации освещались в публикациях И.В. Дюрягина, В.П. Егорова (1970), В.П. Егорова, Л.А. Кривонос (1995). В результате было установлено, что выщелоченные чернозёмы Зауралья существенно отличаются по многим генетическим и агрономическим параметрам от чернозёмов восточно- европейской лесостепи. Они имеют значительно меньшую мощность гумусового горизонта, отличающегося языковатостью, в результате элементарные почвенные ареалы этих почв имеют регулярно-циклическое строение (Фридланд В.М., 1972). Их маломощность и трещиноватость связывают с особенностями климата, его засушливостью (Горшенин, 1955) и неблагоприятным температурным режимом (Дюрягин И.В., Егоров В.П., ГафуровФ.А., 1970).
По основным классификационным показателям (Егоров В.П., Кривонос Л.А., 1995) выделяются преимущественно роды обычных и выщелоченных черноземов. По мощности превалируют маломощные, по гумусности в настоящее время малогумусные, а в южных районах слабогумусированные виды. Преобладающий гранулометрический состав - тяжелосуглинистый. Глубина залегания карбонатного горизонта составляет 80-120 см. Выщелоченные чернозёмы распространены в пределах лесостепной провинции Зауралья, их формирование приурочено преимущественно к бассейновым ландшафтам крупных рек (Тобол, Миасс, Исеть, Ишим). В приречных районах они формируются на элювиально- делювиальных образованиях, в пределах междуречных пространств на среднечетвертичных озерно- аллювиальных отложениях суглинистого гранулометрического состава. В настоящее время выщелоченные чернозёмы, обладающие наиболее высоким плодородием, практически целиком распаханы (Кузнецов П.И., Егоров В.П., 2001).
Выщелоченные чернозёмы имеют следующее строение профиля и морфологические признаки генетических горизонтов (А, Вь В2, ВС, С).
Гумусовый горизонт А имеет однородную серую, темно- серую или черную окраску, зернистую или комковато- зернистую (в старопахотных -комковатую, пороховато- или пылевато - комковатую) структуру, рыхлое или слабоуплотнённое сложение. Мощность его 24-27 см, но поскольку более 90% площади выщелоченных чернозёмов распахивается, интерес представляет мощность пахотного слоя. Она составляет 23-29 см, в зависимости от географического положения и механического состава (рис. 1).
Горизонт В2 (горизонт гумусовых затёков) обладает свойствами, диагностическими для выщелоченных чернозёмов. Он выщелочен от труднорастворимых карбонатов, т.е. не вскипает от 10%-ной соляной кислоты, что не свойственно большинству родов обыкновенных чернозёмов. Кроме того, этот горизонт имеет признаки иллювиальности по отношению к илистой и глинистой фракциям.
Горизонт ВС (переходный к почвообразующей породе) отличается более светлой желто-бурой окраской, слабо выраженной комковатой структурой. В нижней части этого горизонта наблюдаются скопления карбонатов в виде псевдомицелия или же в форме известковой плесени. В легких по механическому составу разновидностях видимые скопления карбонатов обнаруживаются в почвообразующей породе. В средней и южной части области верхняя граница вскипания высокая: 60-75 см, в зависимости от механического состава.
Механический состав выщелоченных чернозёмов области разнообразен (табл.1). Распространены среднесуглинистые, тяжелосуглинистые и глинистые разновидности с высоким содержанием фракции ила, из фракций физического песка преобладает крупная пыль или мелкий песок. Профиль слабо-дифференцирован по механическому составу, но все-таки имеет место небольшое обеднение илом его верхней части и некоторое накопление в средней со слабо выраженным максимумом в горизонтах В і и Вг. Таким образом, иллювиальный процесс в выщелоченных чернозёмах выражен слабее, чем в серых лесных почвах, но все же проявляется и служит одним из диагностических признаков, отличающих выщелоченные черноземы от некоторых обыкновенных, например карбонатных. Легкие по механическому составу выщелоченные чернозёмы распространены в области меньше, чем суглинистые и глинистые.
Содержание питательных веществ в чернозёме при различных системах удобрений
При агрохимической оценке систем удобрений важным показателем является накопление подвижного фосфора и обменного калия в почве. Образцы для определения подвижного фосфора и обменного калия отбирали ежегодно после уборки возделываемой культуры. В опыте № 2 также взяты образцы по вариантам до закладки опыта. Фосфатный режим неудобренной почвы за годы наблюдений был относительно стабильным и в содержании подвижного фосфора прослеживается слабая тенденция к его снижению (табл. 9).
За три года исследований содержание подвижного фосфора на контроле колебалось в пределах от 68 до 78 мг/кг почвы. Ежегодное применение минеральных удобрений повышало содержание фосфатов на 16 мг/кг почвы по сравнению с неудобренной делянкой. Внесение навоза оказало существенное влияние на накопление фосфора в первые два года исследований, где происходило его увеличение. В 2003 году отмечалась его стабилизация, а разница с контролем составила 48 мг/кг почвы. Известкование и гипсование чернозёма существенно не влияло на содержание подвижного фосфора и наложение различных систем удобрения не привело к резкому улучшению фосфатного режима.
При внесении фосфоритной муки в дозе 1 т/га с течением времени происходило постепенное улучшение фосфатного режима почвы. Максимальное содержание элемента отмечено при совместном внесении фосфоритной муки, навоза и азотно-фосфорных удобрений (228 мг/кг). Из рассматриваемых систем удобрений (табл. 10) второго стационарного опыта наибольшее накопление фосфора также оказалось на варианте фосфоритная мука + навоз + NP. Комплексное применение всех трех факторов повысило его содержание с 80 до 151 мг/кг почвы. Так как фосфоритная мука имеет слабую растворимость, то в течение всей ротации севооборота наблюдалось возрастание содержания элемента. В 2004 году содержание Р2О5 достигло уровня 170 мг/кг почвы. Резкое увеличение его содержания связано также и с действием навоза. Последействие органических удобрений прослеживалось в последний год исследований. Содержание элемента на этих вариантах было выше исходного на 9-26 мг/кг почвы. В ходе исследований было также установлено некоторое преимущество навоза и зеленого удобрения над соломой. Использование отдельно извести и гипса не оказало существенного влияния на содержание подвижного фосфора в почве.
Результаты стационарных опытов, проведенных на чернозёме выщелоченном, показали, что динамика содержания обменного калия во времени выражена слабо. На её ход оказывает влияние изменение влажности почвы, состояние дисперсности коллоидной части почвы, вынос калия растениями. В течение ротации зернопарового севооборота на контрольном варианте первого опыта содержание обменного калия в слое 0-25 см изменялось от 122 до 132 мг/кг почвы, а во втором опыте (табл. 11) - от 124 до 133 мг/кг почвы.
Во влажные годы количество обменного калия несколько возрастало за счет мобилизации из необменных форм, заметное снижение его, как и подвижного фосфора наблюдалось после влажных 2001 и 2002 годов. Применение органо-минеральных удобрений в первом опыте по сравнению с контролем обеспечивало повышение его содержания на 32-38 мг/кг почвы. Использование мелиорантов не приводило к изменению калийного режима почвы. Применение на их фонах навоза увеличивало количество обменного калия. Совместно с внесением мелиорантов повышение КгО составило 36-50 мг/кг почвы. Во втором опыте также наблюдалось увеличение содержания обменного калия на вариантах с различными видами органических удобрений (табл. 12).
Превышение контрольного уровня составило по вариантам от 4 до 26 мг/кг почвы. Применение 40 т навоза на произвесткованной почве приводило за три года к увеличению обменного калия на 19 мг/кг почвы, а с дополнительным ежегодным внесением минеральных удобрений - на 43 мг/кг почвы.
В ходе исследования калийного режима чернозёма, было установлено также некоторое преимущество навоза над зеленым удобрением и соломой. Внесение отдельно химических мелиорантов, как и в первом опыте, не оказало существенного влияния на калийный режим почвы. Таким образом, в конце ротации севооборотов на накопление подвижного фосфора оказало влияние совместное внесение фосфоритной муки и навоза с ежегодным применением минеральных удобрений. На улучшение калийного режима почвы действовали также органические удобрения.
Урожайность зерновых культур и продуктивность зернопарового севооборота во втором стационарном опыте закладки 2001 года
В исследованиях второго стационарного опыта (2001-2004 гг.) с использованием различных органических удобрений, а также химических мелиорантов установлено их положительное влияние на урожайность зерновых культур.
В первый год после пара урожайность яровой пшеницы на контроле была высокой и составила 2,87 т/га, с применением минеральных удобрений она повысилась до 3,24 т/га (рис. 6). Органические удобрения в первый год действия по-разному влияли на урожайность пшеницы. Внесение навоза, по сравнению с контролем, увеличивало её на 0,21 т/га, запашка соломы привела к снижению урожайности на 0,30 т/га (при значении НСРо,95 - 0,08 т/га). Заделка зеленого удобрения в почву оставляла урожайность практически на уровне контрольного. Снижение урожайности на варианте с одной соломой очевидно связано резким уменьшением количества минерального азота в почве при её разложении (приложение 9).
На фоне известкования почвы происходило увеличение урожайности пшеницы, где прибавка составила 0,13 т/га. Комплексное применение извести с навозом и минеральными удобрениями оказало положительное влияние на массу зерна в опыте, в этом варианте она была максимальной - 4,16 т/га. Высокая урожайность достигнута в сочетании комплекса различных факторов. Это паровой предшественник, обилие в течение вегетационного периода осадков, хорошая обеспеченность питательными веществами и частичное снижение кислотности чернозёма. С применением соломы урожайность также снижалась, как и на варианте без извести.
При фосфоритовании почвы отмечалось повышение урожайности пшеницы на 0,24 т/га. С внесением перед посевом N35P50 прибавка составила 0,51 т/га, Из органических удобрений наибольший эффект получен на делянках с использованием навоза (3,50 т/га).
Самым эффективным приёмом химической мелиорации оказалось гипсование чернозёма. Внесение гипса в дозе 3 т/га увеличило урожайность до 3,27 т/га, а с минеральными удобрениями - до 3,72 т/га. Такая высокая урожайность была получена, как и в первом опыте, в результате увеличения содержания в почве кальция и серы. Рост урожайности по опыту отмечен на аналогичных вариантах с сидератами и соломой. А вот с навозом урожайность была ниже, чем при известковании и фосфоритовании почвы.
Продуктивных стеблей на 1 м на контрольном варианте было 503 шт (приложение 10). От применения минеральных удобрений их количество достигло 547 шт/м . Существенное увеличение стеблей отмечено при гипсовании и фосфоритовании почвы (дополнительно было 17 и 33 шт/м2). Наибольшее же количество отмечено при сочетании извести, навоза и мине-ральных удобрений - 710 шт/м . Соответственно на этом варианте была и наибольшая продуктивная кустистость - 1,78, разница с вариантом без удобрений - 0,5. Изменялась и высота растений. Только при фосфоритовании чернозёма растения были выше на 2,5 см, на фоне гипса и извести наблюдалось снижение величины этого показателя. В связи с недостатком азота под влиянием соломы растения, из-за нехватки азота, имели самую маленькую высоту в опыте (87,0 см). Длина колоса пшеницы на контроле была 6,5 см, наибольшее увеличение длины отмечалось на вариантах с навозом и фосфоритной мукой + навоз + N35P50 (по 7,0 см). Наибольшее влияние на количество колосков в колосе в первый год действия оказало совместное применение фосфоритной муки, навоза, и sPso- Урожайность побочной продукции на контроле составляла 6,83 т/га, при внесении N35P50 - 8,06 т/га. Урожайность соломы по всему опыту значительно увеличивали минеральные удобрения. Максимум соломы отмечен на варианте известь + навоз + N35P50- 13,09 т/га. На вариантах с соломой, которая сдерживала рост растений даже после парового предшественника, урожайность побочной продукции была ниже, чем при других органических удобрениях. Соотношение зерно: солома изменялось в пределах 1: 1,65 (солома + N35P50) - 1:3,15 (известь + навоз + N35P5o) В условиях засушливого года урожайность второй пшеницы после пара по вариантам опыта значительно снизилась. В 2003 году на варианте без удобрений она составила 1,22 т/га (рис. 7). Несмотря на недостаток осадков, последействие органических удобрений сказалось и на второй год. От навоза прибавка оставалась на уровне прошлого года и составила 0,21 т/га (приложение 11). Солома и зеленое удобрение улучшили свойства почвы и, как результат, урожайность под их влиянием была выше контрольного варианта, составила соответственно 1,44 и 1,55 т/га. Значительные прибавки урожайности обеспечивали минеральные удобрения. С внесением N70P50 на контрольном варианте прибавка составила 0,71 т/га, на варианте с сидератами она достигла 2,23 т/га. Последействие извести способствовало увеличению урожайности до 1,38 т/га. С применением N70P50 сбор урожая с гектара достиг отметки 1,99 т/га. На фоне произвесткованной почвы эффективнее всех оказался вариант с навозом и азотно-фосфорными удобрениями. Комплексное сочетание этих трех факторов создает наиболее благоприятные условия для произрастания растений, поэтому урожайность под их влиянием была самая высокая в опыте - 2,54 т/га.
Качество сельскохозяйственной продукции под влиянием удобрений и химических мелиорантов в полевых севооборотах
В современных условиях получение высококачественных продуктов равносильно увеличению урожая сельскохозяйственных культур (Пестряков A.M., 1994). Показатели качества основной продукции многих культур определяются совокупностью факторов: биологическими особенностями культуры, условиями выращивания и в значительной степени применением органических и минеральных удобрений (Державин Л.М., 1992). Получение планируемых урожаев хорошего качества и одновременное регулирование содержания в почве питательных элементов с соблюдением требований охраны окружающей среды обеспечивается применением расчетных доз удобрений (Жуков Ю.П., 1994).
Многочисленные данные свидетельствуют, что в удовлетворительные, а тем более в хорошие по увлажнению годы урожайность яровой пшеницы на чернозёмах лимитирует не фактор водообеспеченности, а питательный режим почвы. Поэтому создание оптимального питательного режима является важнейшим условием получения высоких урожаев зерна яровой пшеницы хорошего качества (Минеев В.Г., Павлов А.Н., 1981; Волынкин В.И., Волын-кинаО.В., 1999).
В наших исследованиях различные системы удобрений влияли на качество зерновых культур, как в первый год действия так и в последействии. В 2001 году содержание общего азота в зерне пшеницы составило 1,69% (табл. 22). При внесении минерального удобрения содержание его повысилось до 1,91%. На вариантах с минеральными удобрениями уровень азота был выше чем на неудобренных вариантах. С внесением органического удобрения содержание его изменилось незначительно (1,72%). Действие органических удобрений усиливается при совместном использовании их с минеральными удобрениями. При этом азотно-фосфорные удобрения обеспечивают хороший рост и развитие вегетативной массы, а органические, как медленно разлагающиеся, - нужными питательными веществами растения в период налива зерна. Содержание азота повысилось до 1,82%. Наибольшее влияние на накопление элемента оказало сочетание извести и N35P50 (1,93%).
Изменения в содержании фосфора не были столь же ярко выражены и полученные данные позволяют говорить только о некоторых тенденциях действия мелиорантов и удобрений, изучаемых в опыте. Содержание Р2О5 на контрольном варианте было равным 0,73%. Действие навоза в первый год оказало влияние при совместном внесении с NP на накопление фосфора (0,77%), совместное внесение с навозом фосфоритной муки увеличило его содержание до такой же величины.
Не было отмечено существенных изменений содержания калия в зерне пшеницы. Тем не менее, оно было высоким, так как выщелоченный чернозём в наших опытах имел высокую обеспеченность (см. гл. 2). На варианте без удобрений калия было 0,83%, повышение количества КгО отмечалось на вариантах с применением навоза, содержание его по всему опыту колебалось от 0,83 до 0,96%.
С внесением кальцийсодержащих соединений изменялось в зерне и содержание кальция. На неудобренном варианте содержание его составляло 0,28%. На органическом фоне оно понизилось на 0,06%. Из мелиорантов наибольшее влияние на накопление кальция оказала известь, под её влиянием содержание элемента было максимальным в опыте (0,31%).
Содержание сырой клейковины на варианте без удобрений было низким и составляло 18,8%. С внесением минеральных удобрений клейковины было больше на 1,4 - 3,5%). По всем вариантам опыта содержание клейковины не дотягивало даже до третьего класса. Наибольший эффект был получен на варианте гипс + навоз + NP (22,8%). Это было связано с погодными условиями. В августе условия для созревания не были оптимальными. Количество осадков выпало выше нормы на 40%, хотя температура воздуха была в течение месяца выше средней многолетней на 0,8 С.
Соответственно изменялся по вариантам и выход клейковины с гектара. Если на контроле выход составил 4,72 т/га, то от N35P50 он достиг 6,29 т/га. Наибольший выход отмечен в 16 варианте, где было наибольшее содержание клейковины (9,01 т/га).
Содержание питательных элементов у второй пшеницы после пара практически было такое же что и год назад. Неблагоприятные погодные условия вегетационного периода 2002 года не способствовали накоплению общего азота в зерне. Наиболее надежным приемом повышения качества зерна было внесение азотных удобрений. По сравнению с контролем удобрения повышали содержание с 1,76 до 1,94%. На вариантах с мелиорантами содержание азота было еще ниже контрольного на 0,03- 0,10% (табл. 23). Таблица 23 - Химический состав зерна яровой пшеницы под влиянием удобрений и химических мелиорантов (опыт 1, 2002 г.)
