Введение к работе
Актуальность проблемы. Для обеспечения к 2020 году объема производства свекловичного сахара 4,4 млн. т и повышения обеспеченности отечественным сахаром до 73,3 % необходимо резко увеличить урожайность сахарной свеклы (А.В. Корниенко, И.В. Апасов, 2009). Получение высоких урожаев сахарной свеклы, зерновых и других культур зернопаропропашных севооборотов невозможно без применения удобрений.
Главной задачей современного сельскохозяйственного производства является не только получение высоких стабильных урожаев культур, но и повышение плодородия почвы – главной возобновляемой производительной силы АПК. Для решения этих задач необходимо в течение длительного времени производить изучение содержания гумуса, основных элементов питания и микроэлементов, физико-химических свойств, состояния микробного сообщества, агрофизических показателей, которые подвержены значительным изменениям при внесении удобрений (В.И. Кураков, 1992; А.Г. Ступаков, 1998; И.М. Никульников, 2002; Р.Ф. Байбеков, 2003; Н.Д. Доманов, К.Б. Ибадуллаев, 2008; С.В. Лукин, В.П. Сушков, 2008; Н.И. Картамышев, Н.В. Долгополова, 2008). Чтобы отследить динамику показателей почвенного плодородия необходим систематический контроль в рамках стационарных опытов Географической Сети (В.Г. Сычев, А.Н. Аристархов, 2004). В связи с этим возникает необходимость системной оценки и прогноза показателей плодородия, урожайности и качества культур в севооборотах с сахарной свеклой.
Основное внесение всей дозы удобрений в зоне неустойчивого увлажнения ЦЧР, в ряде случаев, доказало свою несостоятельность (В.Ф. Зубенко, 1972; В.И. Кураков, 1992; В.А. Квасов, 1999). Этот агроприем может быть заменен дробным внесением минеральных удобрений, особенно на фоне низкого эффективного плодородия или дополнен применением агрохимикатов в течение периода вегетации сахарной свеклы. Традиционные виды удобрений могут сочетаться с внесением биопрепаратов и компостов (Н.В. Безлер, Е.А. Дворянкин, 2009), что снижает химическую нагрузку на почву.
Целью исследований являлось агроэкологическое обоснование и решение проблем сохранения плодородия почв в севооборотах с сахарной свеклой в ЦЧР, получение высоких урожаев культуры, внедрение элементов биологизации и экономии минеральных удобрений.
Для достижения поставленной цели было предусмотрено решение следующих задач:
-
Установить эффективность и направленность влияния длительного применения удобрений в севообороте с сахарной свеклой на агрохимические, физико-химические, биологические, химические, агрофизические показатели плодородия чернозема выщелоченного.
-
Оценить влияние удобрений на биохимическое состояние, фитотоксичность и содержание тяжелых металлов в почве.
-
Разработать прогноз гумусового, азотного, фосфорного, калийного состояния, величины кислотности почвы, урожайности корнеплодов и продуктивности севооборота при применении различных систем удобрении.
-
Выявить закономерности действия средств химизации, применяемых в течение вегетации сахарной свеклы, на урожайность и качество продукции.
-
Оценить воздействие уровня удобренности на урожайность корнеплодов сахарной свеклы при различном уровне увлажнения в течение вегетации.
-
Усовершенствовать системы применения удобрений в севооборотах на основе оптимального сочетания минеральных удобрений, навоза, агробиологических и агрохимических средств и приемов перед посевом и в течение периода вегетации сахарной свёклы.
-
Дать экономическую и биоэнергетическую оценку применения средств химизации при возделывании сахарной свеклы в лесостепной зоне ЦЧР.
Научная новизна. Разработаны теоретические основы воспроизводства почвенного плодородия при систематическом внесении удобрений в зернопаропропашном севообороте, установлены закономерности изменений содержания гумуса, элементов питания, гидролитической кислотности за 8 ротаций 9-польного зернопропашном севообороте и дан их прогноз. Отмечен рост ряда показателей эффективного и стабилизация потенциального плодородия при внесении N135P180K135 под сахарную свеклу + 25 т/га навоза в пару и N120P120K120 + 50 т/га навоза в пару. Не выявлено увеличения фитотоксичности и содержания тяжелых металлов в почве и продукции выше ПДК. Рост длины корешка проростка на 9,1-43,2 % свидетельствует о стимулирующем влиянии удобрений. Положительный баланс азота (60,7-181,1 кг на 1 га севооборотной площади) и P2O5 (52,4-95,6 кг/га) складывался при внесении N30P40K30 + 2,8 т/га навоза и N27-33P27-33K27-33 + 5,6 т/га навоза на 1 га севооборотной площади. Установлена взаимосвязь между количеством применяемых удобрений и подвижностью азотистых соединений почвы и микроэлементов, а также групповым составом соединений P2O5. Изучен комплекс факторов, определяющих величину и групповой состав гумуса, его баланс. Количественно оцениваются изменения биохимической активности почвы при внесении удобрений: рост активности уреазы на 17,4-26,9 %, протеазы – на 23,2-54,2 %, нитратредуктазы – на 7,7-30,7 %, каталазы – на 7,9-21,4 %, целлюлозоразлагающей активности на 32,2-193,1 % и снижение фосфатазной активности на 65,7-105,1 %. Установлено, что урожайность корнеплодов при систематическом применении N90-135P120-180K90-135 под сахарную свеклу + 25 т/га навоза в пару будет возрастать на 1,2-1,4 т/га за каждое десятилетие, также увеличится и урожайность зерна озимой пшеницы по пласту клевера, ячменя, овса, зеленой массы трав. Разработан прогноз урожайности корнеплодов и выявлены оптимальные дозы удобрений при различном уровне увлажненности в течение периода вегетации, в том числе и при засушливых условиях. Показано влияние дробного внесения удобрений на рост урожайности корнеплодов на 102,7-118,0 %, применения почвенных подкормок – на 11,7- 158,0 %, биокомпоста – на 23,4-25,0 %, агрохимикатов по листовой поверхности – 14,2-59,8 %.
Практическая значимость работы заключается в решении одной из важнейших проблем земледелия - сохранение и повышение плодородия почвы, увеличения урожайности сахарной свеклы как за счет систематического применения минеральных удобрений под сахарную свеклу с навозом в паровое поле, так и сочетания системы из основного и допосевного внесения минеральных удобрений и биоудобрений.
Дано научное обоснование оптимальных доз удобрений при длительном их применении в севообороте. Разработаны поправочные коэффициенты к расчетным дозам удобрений, применяемым под сахарную свеклу, на основании выноса элементов питания на разных фонах эффективного плодородия, учета в структуре будущего урожая соотношения листьев и корнеплодов, потребления элементов питания из почвы, минеральных удобрений и навоза, величины кислотности, содержания гумуса в почве, гранулометрического состава, эродированности, внесения удобрений под предшественник, что обеспечит экономию 3,0-18,2 тыс. руб./га и сохранения почвенного плодородия. Разработана система почвенных и некорневых подкормок сахарной свеклы аммиачной селитрой, поли-фидом, Гумимаксом, N27P5K5 + S на основании оценки количества зимне-весенних осадков, что обеспечит рост урожайности корнеплодов на 4,3-13,7 т/га. Доказана эффективность допосевного внесения органического удобрения с фунгицидными свойствами (рост урожайности корнеплодов на 8,9-9,5 т/га). Прогноз урожайности на основании уровня удобренности и количества выпадающих осадков обеспечит экономию средств (до 3,5 тыс. руб.) и получение высоких урожаев культуры. Лабораторное определение длины корешка тест-культуры (кресс-салат), выращенной на почве, отобранной в начале вегетации сахарной свеклы, позволит прогнозировать будущую урожайность культуры и корректировать её с помощью применения агрохимикатов в течение периода вегетации. Доказано, что при низком и среднем уровне эффективного плодородия целесообразно применение NPK 10:26:26 в дозе 150 кг/га д.в., а также NPK 13:19:19 в дозе 100 кг/га д.в. с внесением недостающей части азота перед посевом, что обеспечивает получение прибавки урожая 4,8-16,7 т/га корнеплодов.
Полученные результаты могут быть использованы в учебном процессе сельскохозяйственных высших учебных заведений при изложении курсов «Агрохимия», «Экология», «Земледелие», «Растениеводство».
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Теоретическое и экспериментальное обоснование направленности и темпов изменения агрохимических, агрофизических, физико-химических свойств почвы, содержания гумуса, баланса NPK под влиянием минеральных удобрений и навоза в пару при их длительном применении.
-
Параметры прогноза гумусового, азотного, фосфатного, калийного состояния, величины гидролитической кислотности почвы при систематическом применении удобрений в севообороте.
-
Оценка содержания тяжелых металлов, фитотоксичности, ферментативной активности чернозема выщелоченного в условиях антропогенной мелиоративной нагрузки.
-
Обоснование методики расчета доз минеральных удобрений на планируемую урожайность с учетом показателей плодородия и длительности применения удобрений.
-
Показатели роста урожайности и изменения химического состава сахарной свеклы, ячменя, овса, озимой пшеницы, зеленой массы трав.
-
Обоснование системы применения минеральных удобрений в течение периода вегетации в почву, агрохимикатов по листовой поверхности растений сахарной свёклы и допосевного внесения биокомпостов.
Личный вклад соискателя. Автору принадлежат: постановка проблемы и разработка программ исследований, непосредственное участие в закладке полевых опытов и выполнение исследований (70 %), обобщение полученных результатов, выводы и предложения производству, сделанные на основании результатов исследований, подготовка научных публикаций.
Апробация диссертационной работы и публикация результатов исследований. Основные положения исследовательской работы докладывались: на Международных конференциях: «Современные проблемы опытного дела» (Санкт-Петербург, 2000), молодых ученых и специалистов «Аграрная наука в начале 21 века» (Воронеж, 2001), «Научное обеспечение устойчивого развития свекловодства в России» (Рамонь, 2003), «Научные и практические основы сохранения плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения в адаптивно-ландшафтном земледелии» (Белгород, 2004), «Черноземы Центральной России: генезис, география, эволюция» (Воронеж, 2004), «Применение средств химизации – основа повышения продуктивности сельскохозяйственных культур и сохранения плодородия» (Москва, 2004), «Севооборот в современном земледелии», (Москва, 2004), «Современные приборное обеспечение и методы анализа почв, кормов, растений и сельскохозяйственного сырья» (Москва, 2004), «Научное обеспечение национального проекта «Развитие АПК» (Тверь, 2006), «Актуальные проблемы современных аграрных технологий» (Астрахань, 2006), «Агрохимические приемы рационального применения средств химизации как основа повышения плодородия и продуктивности сельскохозяйственных культур» (Москва, 2007), «Современная агрофизика – высоким технологиям», (Санкт-Петербург, 2007), «Состояние и перспективы развития агрономической науки» (Персиановский, 2007), «Проблемы экологии и экологической безопасности Центрально Черноземья Российской Федерации» (Липецк, 2007), «Интенсификация, ресурсосбережение и охрана почв в адаптивно-ландшафтных системах земледелия» (Курск, 2008), «Методы изучения продукционного процесса растений и фотосинтеза» (Нальчик, 2009), «Состояние и перспективы агрохимических исследований в Географической сети опытов с удобрениями» (Москва, 2010). На Всероссийских конференциях: Всероссийского координационного совещания Географической сети длительных опытов с удобрениями и другими агрохимическими средствами (Москва, 1998), «60 лет Географической сети опытов (Москва, 2001), «Система воспроизводства плодородия почвы в ландшафтном земледелии» (Белгород, 2001), «Агроэкологическая эффективность применения средств химизации в современных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур (Москва, 2005), «Актуальные проблемы современных аграрных технологий» (Астрахань, 2006), «Экологические функции агрохимии в современном земледелии» (Москва, 2008), «Современные проблемы АПК» (Майкоп, 2008), «Управление продукционным процессом в агротехнологиях 21 века – реальность и перспективы» (Белгород, 2010), на межрегиональной конференции: (Воронеж, 1996), на региональных конференциях: Каменная Степь (2004, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010).
Общее количество научных публикаций – более 70 работ. Основные положения диссертации опубликованы в 57 научных работах, в том числе 26 – в центральной печати.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 9 глав, выводов и предложений производству, изложена на 400 страницах компьютерного текста, содержит 113 таблиц, 24 рисунка и 63 приложения. Библиография включает 398 наименования, в том числе 21 – на иностранных языках.
Автор выражает глубокую благодарность зав. лаб. агротехники и севооборотов д. с.-х. н. О. К. Боронтову, сотруднику лаб. агрохимии Л. В. Александровой, асс. каф. почвоведения ВГУ, к. б. н. А. И. Громовику, доц. каф. почвоведения ВГУ, к. б. н. Л. Д. Стахурловой, сотрудникам и лаборантам лаборатории агрохимии ГНУ ВНИИСС имени А. Л. Мазлумова, оказавшим помощь при выполнении работы.
