Содержание к диссертации
Введение
1. Солома как удобрение и источник воспроизводства почвенного плодородия .8
1.1. Особенности соломы при использовании ее в качестве удобрения
1.2 Влияние соломы на плодородие почвы 13
1.3. Совместное применение соломы с минеральными удобрениями и биопрепаратами при возделывании сельскохозяйственных культур .20
2. Условия и методика проведения исследований 28
2.1. Почвенно-климатическая характеристика опытного поля 28
2.2. Схема опыта и ее обоснование 35
2.3. Технология возделывания ячменя 36
2.4. Методики наблюдений, учетов и анализов 39
3. Влияние соломы яровой пшеницы на свойства почвы прииспользовании ее как в чистом виде, так и совместно с биопрепаратом и минеральными удобрениями 42
3.1. Агрофизические свойства и водный режим 42
3.2. Микробиологическая активность почвы 48
3.3. Агрохимические показатели 53
4. Влияние соломы, биопрепарата и минеральных удобрений на фотосинтетическую деятельность посевов ячменя 69
4.1 Ассимиляционная поверхность листьев .69
4.2 Динамика накопления сухого вещества 73
4.3 Чистая продуктивность фотосинтеза 76
5. Урожайность и качество продукции ячменя с использованием в технологии его возделывания соломы, биопрепарата и минеральных удобрений
5.1. Урожайность .80
5.2. Содержание и вынос азота, фосфора, калия .86
5.3. Экологическая оценка зерна .92
6. Баланс элементов питания в черноземе типичном при возделывании ячменя с использованием соломы, биопрепарата и минеральных удобрений .96
6.1 Баланс азота 96
6.2 Баланс фосфора .100
6.3 Баланс калия 102
7. Биоэнергетическая эффективность и экономическая оценка технологий возделывания ячменя с использованием со ломы, биопрепарата и минеральных удобрений 106
7.1 Биоэнергетическая эффективность .106
7.2 Экономическая оценка 112
Заключение 117
Предложение производству 119
Список литературы
- Совместное применение соломы с минеральными удобрениями и биопрепаратами при возделывании сельскохозяйственных культур
- Технология возделывания ячменя
- Микробиологическая активность почвы
- Чистая продуктивность фотосинтеза
Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время все большую актуальность приобретает проблема воспроизводства плодородия почвы на основе биологиза-ции земледелия. Необходимость ее решения обусловлена тем, что развитие земледелия требует учета законов природы с целью сохранения ее ресурсного потенциала за счет сокращения техногенных нагрузок и энергетических затрат. В этом отношении большое значение приобретает использование соломы в качестве органического удобрения, тем более, что в последние годы резко сократилась потребность ее для животноводства. С экологической точки зрения последнее также целесообразно, так как утилизируется масса органического вещества, обеспечивая почву элементами, полностью поглощающимися почвенным комплексом. Кроме того, продолжительное разложение соломы в почве не загрязняет ее высокими концентрациями нитратного азота.
В отличие от других органических удобрений (навоза, торфокомпостных смесей, сидератов), которые при внесении в почву могут существенно улучшить, прежде всего, питательный режим почвы, солома имеет свои особенности и ее положительное действие проявляется не сразу. Одним из способов ускорить разложение ее в почве и увеличить высвобождение элементов питания в доступной форме является внесение совместно с соломой биологических препаратов, содержащих полезные бактерии. Однако применение их требует научного обоснования для определенной культуры в конкретных почвенно-климатических условиях.
Исследования являются составной частью плана научной работы ФГБОУ ВО «Ульяновская ГСХА им. П.А. Столыпина» (рег. № 01.200.203529).
Цель и задачи исследования. Целью исследования являлось изучение эффективности системы удобрения ячменя на основе биологизации севооборота в Среднем Поволжье.
Задачи исследования:
– установить влияние соломы, биопрепарата, минеральных удобрений и их сочетаний на свойства чернозема типичного (агрофизические и агрохимические показатели, микробиологическая активность);
– изучить эффективность внесения соломы, биопрепарата и минеральных удобрений в формировании посевов ячменя;
– оценить действие соломы, биопрепарата и минеральных удобрений на урожайность и качество зерна ячменя;
– определить баланс элементов питания в почве при использовании в технологии возделывания ячменя соломы, биопрепарата и минеральных удобрений;
– дать экономическую и биоэнергетическую оценку технологии возделывания ячменя с использованием соломы, биопрепарата и минеральных удобрений.
Научная новизна. Впервые в условиях Среднего Поволжья проведены комплексные исследования по изучению эффективности применения соломы совместно с биопрепаратом Байкал ЭМ-1 и их сочетаний с минеральными удобрениями в технологии возделывания ячменя. В результате исследований установлено, что внесение соломы совместно с биопрепаратом способствует активизации деятельности почвенной микрофлоры и улучшению обеспеченности растений элементами питания. Внесение их на фоне минеральных удобрений (N59P39K36) положительно отражается на урожайности и качестве зерна ячменя. Экономически и энергетически обоснована эффективность их применения в технологии возделывания ячменя.
Защищаемые положения:
– внесение соломы, биопрепарата и азотной добавки к соломе приводит к улучшению агрофизического состояния почвы, ее водного и питательного режимов. При этом содержание доступных форм минерального азота увеличивается на 3–18 мг/кг, подвижных форм фосфора на 2–25 мг/кг, калия на 1–30 мг/кг;
– применение соломы и биопрепарата способствует увеличению фотосинтетической активности посевов ячменя: площадь листьев в среднем за вегетацию повысилась в 1,1 – 1,3 раза относительно контроля, накопление сухого вещества на 0,1 – 0,7 т/га (2 – 10 %) и чистая продуктивность фотосинтеза – на 6 – 20 %;
– при использовании соломы в сочетании с биопрепаратом и азотной добавкой урожайность ячменя увеличилась в среднем на 11 – 18 %. Для получения более высокой урожайности необходимо вносить солому и биопрепарат на фоне минеральных удобрений;
– применение соломы, биопрепарата и азотной добавки экономически и энергетически эффективно.
Достоверность полученных результатов подтверждается большим количеством экспериментального материала, проведением полевых опытов и лабораторных анализов в строгом соответствии с методическими требованиями, математической обработкой данных и положительными результатами при использовании данной системы удобрения в хозяйствах Ульяновской области.
Практическая значимость и реализация результатов исследований.
Полученные результаты исследований позволяют рекомендовать использование соломы совместно с биопрепаратом Байкал ЭМ-1 в технологии возделывания ячменя на черноземах типичных Среднего Поволжья. Внесение соломы в сочетании с биопрепаратом способствует увеличению урожайности ячменя на 0,24 т/га (11 %), на фоне N59P39K36 – на 0,84 т/га (38 %) при более низких экономических и энергетических затратах. Результаты исследований исполь-
зуются в ООО «Агрофирма Черемшанская» Новомалыклинского района, ООО «Ульяновская Нива» Чердаклинского района, ООО «Сантерра-Агро» Старо-майнского района, рекомендованы для использования в хозяйствах Ульяновской области и других регионах Среднего Поволжья. Используются также в учебном процессе ФГБОУ ВО «Ульяновская ГСХА им. П.А. Столыпина» при преподавании дисциплин: агрохимия, использование нетрадиционных ресурсов в качестве удобрения сельскохозяйственных культур.
Личный вклад соискателя. Соискателем совместно с научным руководителем разработана программа исследований, лично проведены полевые и лабораторные эксперименты, сделаны анализ и обобщение полученных результатов, а так же выводы и рекомендации производству.
Апробация работы и публикации. Результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на внутривузовских научных конференциях Ульяновской ГСХА им. П.А. Столыпина (2013 – 2015 гг.), на Международной научно-практической конференции «Микроэлементы и регуляторы роста в питании растений: теоретические и практические аспекты» (Ульяновск, 2014 г.); на IV Международной научно-практической конференции «Молодежь и наука XXI века» (Ульяновск, 2014 г.); на молодежной межрегиональной научно-практической конференции студентов, магистрантов и аспирантов (Нижний Новгород, 2014 г.); на Международной научно-практической конференции «Экологическое образование для устойчивого развития: теория и педагогическая реальность» (Нижний Новгород, 2015 г.). По результатам исследований опубликовано 8 работ, в том числе 2 статьи в научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 141 странице компьютерного текста, состоит из введения, 7 глав, заключения и предложений производству, включает 20 таблиц, 10 рисунков, 21 таблицу в приложении. В библиографическом списке приведены 213 источников цитированной литературы.
Совместное применение соломы с минеральными удобрениями и биопрепаратами при возделывании сельскохозяйственных культур
Ресурсосбережение в современных условиях производства сельскохозяйственной продукции играет важную роль. В связи с резким сокращением потребности животноводства в соломе, ее необходимо использовать на органическое удобрение. Последнее, наряду со снижением затрат на возделывание сельскохозяйственных культур, имеет и экологическую значимость. Прежде всего, происходит повторное включение веществ соломы в питание растений, а летом, в жаркую погоду, она способна защитить почвенный покров от потерь влаги и предотвратить ее уплотнение. Кроме того, при внесении соломы активно развивается почвенная био-та. В конечном итоге все перечисленное положительно отражается на урожайности культур (Землянов И.Н., 2007).
При систематическом внесении соломы в почву в большом количестве наблюдается увеличение содержания в ней гумуса, а также улучшение других важных показателей, влияющих на плодородие почвы, следовательно на увеличение урожайности культур (Башков А. С. и др., 2012).
Экспериментально доказано, что в первый год внесения соломы в почву наблюдается снижение урожайности культуры, в качестве удобрения которой она применялась (Колсанов Г.В., 2000). Последнее может быть связано с химическим составом соломы.
Химический состав соломы зависит, прежде всего, от вида культуры и изменяется в зависимости от условий, в которых она применялась, в допустимых пределах. В состав соломы зерновых культур в основном входят три группы органических соединений: целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин. В соломе также содержатся в небольшом количестве белок, воск, сахара, соли и нерастворимая зола. Если в ней сухого вещества содержится 86 %, то азота в среднем 0,5 %, фосфора 0,25 %, калия 0,8 %, углерода 35–40 % (в виде различных органических соединений), а также имеются кальций, сера, цинк, магний, молибден, и другие элементы (Минеев В. Г. и др., 1993; Корчагин В. А., 2002).
Погодные условия, плодородие почвы и количество вносимых удобрений также оказывают влияние на химический состав соломы. При использовании возрастающих доз минеральных удобрений, прежде всего, происходит увеличение содержания калия и азота, и в меньшей степени – фосфора (Юскин А. А. и др., 2009). Так, по средним многолетним данным полевого опыта А. С. Башкова (2012), совместное внесение 10 т/га навоза, N80Р80К60 на фоне известкования, привело к увеличению в составе соломы озимой ржи N на 0,08, Р2О5 – 0,06, К2О – 0,50 %, а для ячменя – N – 0,18, Р2О5 – 0,09, К2О – 0,83 % на абсолютно сухое вещество (а.с.в.) по сравнению с вариантом, где удобрения не использовались.
При внесении 1 т соломы зерновых культур в почву поступает 810 кг органического вещества, 5–14 кг азота, 0,7–2,4 кг фосфора, 10–17 кг калия, 3–12 кг кальция и 0,8–3,0 кг магния (Колсанов Г. В., 2006).
По почвенно-климатическим условиям и набору возделываемых культур лесостепь является переходной между степью и Нечерноземьем. В данном регионе проблему азотного питания удобряемых соломой агрокультур может снизить высокое содержание азота в соломе зернобобовых и бобовых культур, а также гречихи. Большое значение солома имеет при использовании ее в качестве мульчирующего покрытия, предотвращающего подсыхание почвы. Последнее связано с периодическими засухами, особенно в районах с черноземными почвами, так как в лесостепи фактором, способным лимитировать урожайность культур, является не питательный режим почвы, а недостаток влаги. Применение соломы в качестве мульчи способствует снижению количества испаряющейся влаги, предотвращает избыточный перегрев почвы и, в тоже время, является источником органического вещества, который поддерживает гумусный баланс почв. Перечисленные особенности соломы позволяют в степных регионах получать довольно высокие урожаи возделываемых культур (Соломистая система удобрений…, 2010).
Использование соломы в качестве удобрения впервые изучали русские агрономы, но в связи с недостаточными знаниями о микробиологической активности почв, полученные результаты оказались противоречивыми. Как теперь установлено, на процесс минерализации растительных остатков и, в частности соломы, существенное влияние оказывает соотношение С:N в исходном материале. При соотношении С:N больше, чем 25:1, наблюдается процесс иммобилизации азота и часть его закрепляется микроорганизмами, что приводит к снижению урожайности удобряемой соломой культуры (Комаревцева Л.Г., 2008).
Некоторые авторы (Алиев Ш.А. и др., 2000) рекомендуют запахивать в почву измельченную солому, так как при использовании ее на удобрение скорость разложения соломы зависит от степени измельчения. Чем мельче резка соломы, чем больше она деформирована, тем скорее происходит ее разложение и минерализация.
Исследователями установлено, что на вариантах с мульчированием почвы соломой формируется лучший водный режим и наблюдается активная работа микроорганизмов почвы, что способствует лучшему обеспечению сельскохозяйственных культур основными элементами минерального питания, особенно азотом. В то же время сжигание соломы приводило к уменьшению запасов продуктивной влаги в пахотном слое почвы на 2,5 мм по вспашке и на 1,8 мм по поверхностной обработке почвы (Лазарев Б.И. и др., 2008; Chen L. et al., 2014).
Дальнейшие исследования по данной тематике показали, что при использовании измельченной соломы озимой пшеницы происходит повышение запасов доступной влаги в почве, увеличение содержания щелочногидролизуемого азота, подвижного фосфора и обменного калия, проявляется положительное влияние на численность дождевых червей, микробиологическую активность почвы и продуктивность сельскохозяйственных культур. Мульчирование почвы соломой как на фоне вспашки, так и на фоне поверхностной обработки способствовало увеличению количества продуктивной влаги в пахотном горизонте перед посевом на 7,6–6,9 мм соответственно (Ильин А.Н. и др., 2015).
Не менее важную роль в процессах трансформации органического вещества играет особенность связи между легко- и труднодоступными для микроорганизмов биохимическими компонентами, входящими в состав органических мелиорантов. Например, разложение клетчатки, связанной с лигнином, происходит значительно медленнее, чем клетчатки, находящейся в свободном состоянии. Происходит значительное снижение скорости разложения органических веществ, если в их составе присутствуют бактерицидные вещества типа танинов, терпенов и смол, токсичных для многих микроорганизмов. Органическое вещество растительного происхождения при попадании в почву подвергается интенсивной трансформации под действием почвенных микроорганизмов (Лебедева Т.Б. и др., 2008).
Технология возделывания ячменя
В качестве объекта исследования выбран ячмень (Hordeum sativum var. distichon Asch. et Graebn) – одна из важнейших зерновых культур. В Ульяновской области проблема повышения его продуктивности является достаточно острой. Зерно этой культуры используется как высокоценный концентрированный корм, как сырье для производства солода и пива, различных круп, а также суррогатов кофе. Ячменную муку добавляют в ржаную и пшеничную при хлебопечении. Водные вытяжки из ячменного солода – мальц-экстракты используются в медицинской, кондитерской, текстильной и кожевенной промышленности.
По биологическим особенностям ячмень отличается повышенными требованиями к уровню питания, что можно объяснить коротким вегетационным периодом и быстрым ходом потребления питательных веществ. Период поглощения питательных веществ из почвы у ячменя заканчивается в середине вегетации, примерно за 40 дней до созревания. Наибольшее количество питательных веществ усваивается в период кущения. По выносу питательных веществ ячмень мало отличается от озимых культур. Для формирования 1 т зерна вместе с соломой он потребляет примерно 25–30 кг азота, 10–15 кг фосфора и 20–25 кг калия.
Изучаемый сорт ячменя Прерия выведен Селекционно-генетическим институтом Украинской академии аграрных наук. Разновидность медикум. Выведение происходило методом индивидуального отбора из популяции двойных гаплоидов комбинации (Одесский 100 и Донецкий 9) F1 Hordeum bulbosum с использованием физиологических методов отбора на засухоустойчивость и жароустойчивость. Исключительное право использования сорта передано АФ «Степная». Колос двуряд-ный, соломенно-желтый, остистый, средней длины, не ломкий. Зерновка пленочная, упругая, полудлинная. Основная щетинка зерна длинноволосяная. Солома желтая, эластичная, упругая. Масса 1 000 семян 50–60 г. Устойчивый к полеганию. Относится к степной экологической группе. Высокая засухоустойчивость и жароустойчивость. Вегетационный период 70–78 дней. Сорт характеризуется высокой, стабильностью урожая и экологической пластичностью. Включен в Госреестр по Северо-Кавказскому, Средневолжскому, Нижневолжскому, Уральскому и ЗападноСибирскому регионам в 1992 г.
Включение каждого из вариантов в схему опыта обусловлено необходимостью изучения влияния соломы, минеральных удобрений и биопрепарата на биологические и агрохимические свойства почвы, урожайность и качество ячменя при применении как отдельно, так и на фоне средних доз минеральных удобрений и совместно с биопрепаратом. Во все годы исследований предшественником была яровая пшеница. Технология возделывания ячменя основывалась на общепринятых в Ульяновской области агротехнических приемах (Система интенсивного земледелия…, 1990). Измельчение соломы осуществлялось комбайном Дон-1500Б. Разравнивание по делянкам, как и удаление ее с вариантов 1, 6, 7, 12, проводили вручную. Солома обрабатывалась биопрепаратом, одновременно вносилось азотное удобрение в дозе 10 кг/т соломы (на вариантах, где это предусмотрено схемой опыта), затем проводили дискование. Заделывали солому в 2 приема: после уборки ее отдельно или совместно с биопрепаратом или минеральными удобрениями дискованием БДМ-44 на 8–10 см, а затем во второй декаде сентября запахивали ПОН-5-40 на 22–25 см. Дискование стерни проводилось агрегатом АТМ-3180 + БДМ-34 на глубину 10–12 см. Внесение фосфорно-калийных удобрений в дозе P39К36 проводилось согласно схеме опыта. Для вспашки использовали плуг ПОН-5-40 на глубину 20–22 см.
В весенний период при наступлении физической спелости почвы осуществляли закрытие влаги тяжелыми зубовыми боронами БЗТС-1 поперек или по диагонали к вспашке. Внесение азотных удобрений в дозе N59 проводилось вручную под предпосевную культивацию (КПС-4, на глубину заделки семян). Посев ячменя осуществлялся в оптимальные сроки (конец апреля – начало мая) сеялкой СЗ-3,6 рядовым способом на глубину 5–6 см, вслед за культивацией. Норма высева составляла 4,5 млн всхожих семян/га, или 250 кг/га в физическом весе. Посевы прикатывались кольчато-шпоровыми катками ЗККШ-6А. Уборку урожая осуществляли прямым комбайнированием при достижении полной спелости комбайном SAMPO 2010. Учет урожая проводили с площади учетной делянки. Урожайность соломы рассчитывали на основе соотношения урожайности зерна к незерновой части урожая, определенного по сноповому анализу.
Организация полевых опытов, проведение наблюдений и лабораторных анализов осуществлялись по общепринятым методикам, изложенным в следую 39 щих источниках: Методика полевого опыта (Доспехов Б. А., 2011); Методика и методология научных исследований: теория и практика (Ивойлов А. В., 2013), Оценка эффективности микробных препаратов в земледелии (под общ. ред. Завалина А. А., 2000).
Программа исследований включала следующие учеты, наблюдения и анализы: – фенологические наблюдения в соответствии с ГОСТом 10842-64 согласно методике государственного сортоиспытания; – густоту стояния посевов определяли в фазу трех листьев; – почвенные образцы для агрохимической характеристики отбирали буром Малькова в пахотном слое каждого варианта. В этих образцах определяли: обменную кислотность рНKCl – потенциометрическим методом (ГОСТ 26483-85), гумус – по Тюрину в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213-91), нитраты – потенциометри-ческим методом (ГОСТ 26951-86), обменный аммоний – фотометрическим методом (ГОСТ 26489-85), подвижные формы фосфора и калия – по методу Ф.В. Чири-кова в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26204-91); гидролитическую кислотность – по методу Каппена-Гильковица в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26212-91); – общая микробиологическая активность почвы определялась по интенсивности разложения целлюлозы (методом льняных полотен); – влажность почвы – термостатно-весовым методом согласно ГОСТ 27548-97; – плотность сложения почвы – с использованием бура Качинского для отбора образца почвы в ненарушенном сложении (Федоровский Д.В., 1985); Отбор почвенных образцов для определения агрохимических показателей осуществлялся в 3 срока: 1-й – перед посевом ячменя, 2-й – в фазу колошения ячменя, 3-й – перед уборкой. – площадь листовой поверхности определялась по параметрам листа на 10-и растениях с делянки на четырех повторностях по фазам развития растений по формуле: S = a b K, где, S – площадь листьев одного растения, см2; а – длина листа, см; b – ширина листа, см; К – поправочный коэффициент (0,64). – содержание сухого вещества определялось отбором пробы измельченных растений. Из каждого образца отбирали навески по 50 г в четырехкратной повтор-ности и высушивались в сушильном шкафу при температуре 105 С до постоянной массы. Сухое вещество определялось по общеизвестной формуле. – чистая продуктивность фотосинтеза вычислялась по формуле Кидда, Веста и Бриггса: ЧПФ = 2 (B1–B2) / [Т (Л1 + Л2)], где Л – площадь листьев, В – сухая масса листьев в моменты времени 1 и 2, Т – количество дней. – анализ структуры урожая (Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур, 1971); – учет фактической урожайности культур проводили с площади всей делянки в пересчете на 100 % чистоту и 14 % влажность; – в растительных образцах, отобранных после уборки, определяли озернен-ность колоса, массу 1 000 зерен (ГОСТ 10842-76), крупность (ГОСТ 30483-97); – в растительных образцах определяли: содержание общего азота – по Къельдалю (ГОСТ 13496.4-93), содержание общего фосфора – по А. А. Бондаренко и Д. К. Харитоновой (ГОСТ 30504-97), содержание общего калия – методом пламенной фотометрии (ГОСТ 30504-97), содержание тяжелых металлов атомно-абсорбционным методом (МУ РД 25.13.191-89). Содержание белка в зерне определяли путем умножения содержания общего азота на коэффициент 5,7 (Радов А. С. и др., 1985).
Все анализы проведены в аккредитованной агрохимической лаборатории ФГУ «САС Ульяновская» (№ РООСС. RU. 0001.510.251) и испытательной лаборатории «Ульяновская ГСХА» (№ РОСС. RU. 001.513.748). Экономическую оценку эффективности технологии возделывания ячменя с использованием соломы отдельно и совместно с минеральными удобрениями и биопрепаратом определялась по системе натуральных и стоимостных показателей с использованием нормативов и расценок, принятых для производственных условий Ульяновской ГСХА им. П. А. Столыпина (2015 г.). Биоэнергетическая эффективность изучаемых приемов определялась по совокупным затратам энергоресурсов на возделывание культуры и накоплению потенциальной энергии в урожае основной и побочной продукции (Базаров Е. И. и др., 1983; Коринец В. В. и др., 1985).
Полученные результаты исследований подвергались математической обработке следующими методами: дисперсионный анализ двухфакторного опыта по изучению двух градаций фактора А (без удобрений и фон NPK) и 6 градаций фактора В (применение соломы и биопрепарата) (Yerina A., 2001; Доспехов Б. А., 2011; Litnarovych R., 2011) и корреляционно-регрессионный анализ с использованием электронной таблицы Microsoft Office Excel 2010.
Микробиологическая активность почвы
Плотность почвы. В современном сельскохозяйственном производстве многочисленные технологии возделывания сельскохозяйственных культур увеличивают техногенную нагрузку на почву. Следовательно, ухудшается острукту-ренность почвы, повышается ее плотность, снижается водопроницаемость профиля. Нарушается ее водный и воздушный режимы, снижается продуктивность аг-роценозов, почва становится эрозионноопасной (Куликова А.Х., 2001).
По мнению некоторых авторов (Немцев Н. С., 1996; Казаков Г. И., 1997; Ирмулатов Б. Р. и др., 2012) модель плодородия почвы будет достаточно полной и объективной только тогда, когда в нее наряду с другими показателями будут включены агрофизические свойства. Только в этом случае она может служить своеобразным эталоном, обеспечивающим высокую продуктивность растений. Одним из основных показателей, характеризующих агрофизическое состояние почв, является плотность их сложения.
Если почва имеет рыхлое сложение, то происходит значительная потеря влаги за счет испарения (Казаков Г.И., 1997; Горянин О.И. и др., 2012). Если же почва сильно уплотнена, то создаются неблагоприятные условия для роста и развития растений, особенно это заметно сказывается на бобовых, продуктивность которых в немалой степени определяется развитием клубеньков на корнях (развитие клубеньков в сильно уплотнённых почвах не происходит). Кроме того, повышение плотности препятствует росту корней, а при излишней рыхлости растения вынуждены развивать чрезмерно большую корневую систему, чтобы обеспечить себя необходимым количеством воды и пищи.
Оптимальная плотность пахотного слоя черноземов Среднего Поволжья (0– 30 см) для пропашных культур и гороха находится в пределах 0,9–1,1 г/см3, для яровых зерновых 1,1–1,2 г/см3 и озимых 1,1–1,3 г/см3 (Пупонин А. И., 1984; Каза 43 ков Г. И., 1990, 1996; Farahani S. M. et al., 2010; Постников П. А. и др., 2015). Результаты проведенных исследований показали, что в зависимости от системы удобрения почва под посевами ячменя приобрела различное по плотности строение пахотного слоя. Разуплотнение пахотного горизонта до посева ячменя отмечалось как на фоне отдельного применения соломы яровой пшеницы, где плотность составила 1,16 г/см3, так и на вариантах совместного внесения соломы с биопрепаратом и азотной добавкой – 1,14 и 1,17 г/см3 соответственно (таблица 1).
В приложении 4 На варианте отдельного применения биопрепарата плотность почвы была не намного меньше контрольного варианта и составила 1,20 г/см3. Использование минеральных удобрений в чистом виде не повлияло на данный показатель (значение плотности почвы одинаковое с контрольным вариантом – 1,24 г/см3). При совмест 44
ном внесении соломы с минеральными удобрениями наблюдалось разуплотнение почвы до 1,20 г/см3. При дополнении данного варианта азотной добавкой и биопрепаратом наблюдалось уменьшение плотности, до 1,19 и 1,13 г/см3 соответственно. Использование биопрепарата на фоне минеральных удобрений также приводило к снижению плотности до 1,17 г/см3.
Из вышеизложенного становится ясно, что плотность, близкая к оптимальной, обеспечивалась на вариантах с отдельным внесением соломы и ее сочетании с биопрепаратом и азотной добавкой. Наиболее чётко разуплотнение проявилось в слое почвы 0–20 см, т.к. основная масса соломы при вспашке на 20–22 см и обороте пласта на 120 , заделывалась именно на эту глубину.
Если на вариантах отдельного применения минеральных удобрений и в сочетании их с соломой снижение плотности обусловлено сильным развитием корневой системы и ее рыхлящей способностью, то на варианте внесения соломы в чистом виде – за счет ее физических свойств. Сочетание соломы с азотной добавкой и биопрепаратом способствовало увеличению скорости разложения соломы. В процессе разложения соломы микроорганизмы выделяют вещества, способные склеивать почвенные частицы. Это позволяет увеличивать оструктуренность и водопрочность почвенных агрегатов, снизить уплотненность почвы (Кузнецов П. И., 2011).
После уборки ячменя плотность почвы увеличивалась относительно допо-севного периода, что, по-видимому, объясняется воздействием внешних факторов в течение вегетации культуры (Тойгильдин А. Л. и др., 2014). В целом же внесение соломы способствовало уменьшению плотности почвы в послеуборочный период по всем вариантам.
Таким образом, внесение соломы (отдельно и в различном сочетании с минеральными удобрениями, биопрепаратом и азотной добавкой) позволило снизить плотность почвы до 1,13–1,20 г/см3, в то время как на контрольном варианте данный показатель был значительно выше.
Содержание продуктивной влаги. В условиях лесостепи Поволжья обеспеченность растений достаточным количеством влаги является основным фактором, определяющим величину урожайности. При незначительном количестве осадков, выпадающих за вегетационный период, важную роль в водообеспеченности растений играют весенние запасы влаги в почве в слое 0–100 см перед посевом. В формировании запасов влаги в почве перед посевом большое значение имеют осенне-зимние осадки. Большую роль в повышении запасов продуктивной влаги играет улучшение водно-физических свойств почвы, на которые существенно влияет внесение биомелиорантов, особенно соломы (Денисов Е. П. и др., 2009).
В естественных условиях почва защищена растительным опавшим слоем, благодаря которому сохраняется влага, исключается ветровая и водная эрозии, воздействие энергии капли дождя.
Для зоны рискованного земледелия довольно важной является не только проблема накопления, сохранения влаги в почве, но и ее рациональное использование. Дефицит продуктивной влаги в почве из-за отсутствия осадков, засух и суховеев парализует рост и развитие растений, снижая уровень урожайности. Улучшение водного режима обеспечивается, прежде всего, за счет оптимальных показателей плотности и структуры почвы, способствующих повышению водопроницаемости, снижению непроизводительных затрат на испарение и поверхностный сток, а солома, судя по анализу литературных источников, в большинстве случаев способствует поддержанию агрофизических параметров в оптимальном диапазоне (Кузякина Т. И., 1974; Никитин Б. А., 1975; Габитов М. А., 1996; Хасанов Р. Ф., 1997; Кузнецов П. И., 2011).
Минеральные удобрения, внесенные под ту или иную культуру, могут быть эффективно использованы только при условии оптимального водоснабжения. В природной обстановке происходит естественная смена условий водоснабжения и часто сухие периоды сменяются влажными или наоборот. Кроме того, и потребность растительного организма в воде в отдельные периоды его жизни бывает также различной (Кривобочек В.Г., Стаценко А.П., Горешник И.Д. и др., 2015; Ивойлов А.В., 2015).
В результате наших исследований установлено положительное влияние внесения соломы на запасы продуктивной влаги в почве. В пахотном слое почвы (0– 30 см) запасы продуктивной влаги перед посевом на варианте отдельного внесения минеральных удобрений находились практически на уровне контроля. При этом на минеральном фоне уменьшение накопления влаги к уборке можно объяснить, прежде всего, за счёт усиленного использования воды на создание большего урожая с единицы площади. На варианте с соломой растения, по-видимому, испытывали большую потребность в воде, т. к. процессы разложения органических веществ идут только при наличии достаточного ее количества (таблица 2). Кроме того, разложение соломы несколько замедляет рост и развитие растений, формирует их со слабой об-лиственностью, и в последующем – с низким проективным покрытием, что приводит к повышенной испаряемости и потере влаги (Пегова Н.А., 2013).
Чистая продуктивность фотосинтеза
Баланс элементов питания в пахотных почвах – один из объективных показателей степени интенсификации земледелия. Возделывание сельскохозяйственных культур нарушает баланс питательных элементов, поскольку значительная их часть ежегодно безвозвратно отчуждается с урожаем. Остро выраженный дефицит азота, фосфора, калия и органического вещества в почвах несовместим с задачей воспроизводства их плодородия и увеличения урожайности сельскохозяйственных культур. Особое беспокойство вызывает отсутствие приходных статей в виде органических и минеральных удобрений в связи со снижением их использования в сельскохозяйственном производстве (Середа Н.А. и др., 2007).
В современных условиях постепенной деградации почвенного плодородия, дефицита энергетических ресурсов и химических удобрений все большее значение приобретает прогнозирование направленности этих процессов, разработка мероприятий по их регулированию с целью обеспечения максимальной отдачи от вложенных средств, высокой продуктивности культур и экологической сбалансированности агроландшафтов (Крючков А.Г. и др., 2012). На сегодняшний день одним из основных резервов баланса элементов питания в почве является рациональное использование органических удобрений, а именно – использование в их качестве соломы зерновых культур.
Одним из основных элементов питания растений является азот. Восполнение его происходит за счет ряда внешних факторов. К ним относятся: поступление азота в почву с атмосферными осадками (по обобщенным данным до 5 кг/га элемента за вегетационный период), с высевными семенами культуры (около 3 кг/га) (Мя-зин Н. Г. и др., 2014). К отдельной статье восполнения элемента в почве относится несимбиотическая азотфтксация свободноживущими микроорганизмами. Ими за вегетационный период фиксируется 5–10 кг/га азота (Мишустин Е. Н., 1978; Мине-ев В. Г., 1993, Азаров В. Б., 2012). Имеются данные о том, что продуктивность ассоциативной азотфиксации в естественных фитоценозах зоны умеренного климата может достигать 100 кг/га, а на сельскохозяйственных угодьях в тех же условиях – всего 10–30 кг/га (Умаров М. М., 1986). Несимбиотическая активность азотфикси-рующих микроорганизмов увеличивается при внесении соломы в почву. При этом происходит азотфиксация за счет симбиоза целлюлозоразлагающих микроорганизмов и азотфиксаторов, которые активно развиваются на продуктах разложения соломы (Умаров М. М., 1985, 1986; Патыка В. Ф., 1991).
Расходная часть баланса состоит в первую очередь из выноса элемента из почвы хозяйственной и нехозяйственной частью урожая. Отдельной статьей расходной части баланса является испарение азота и инфильтрация. Газообразные потери азота из удобрений по обобщенным данным составляют 8–10 % от количества внесенного удобрениями (Макаров Б. Н., 1994).
По результатам исследований некоторых авторов (Юркин С. Н., 1978; Мине-ев В. Г., 1990), при проведении исследований на суглинистых почвах, установлено, что количество вымываемого из корнеобитаемого слоя азота колеблется от 4 до 5 кг/га. По обобщенным данным на среднесуглинистых почвах ежегодная инфильтрация азота составляет 3 кг/га (Бобрицкая М. А., 1974).
Содержание азота в растениях определялось экспериментально. Общий вынос азота в расходной части определяли как произведение урожайности культур на количество содержащегося в нем азота по каждому варианту, преобразуя его в общий вынос при возделывании ячменя.
Баланс азота в зависимости от применения соломы, биопрепарата и минеральных удобрений представлен в таблице 15.
Повышение урожайности ячменя и содержания азота в биомассе оказало существенное влияние на увеличение выноса элемента с урожаем. Общий вынос азота на контроле составил 65 кг/га, тогда как применение минеральных удобрений способствовало увеличению выноса элемента до 109 кг/га. Таблица 15 – Баланс азота в почве в зависимости от применения соломы, биопрепарата и минеральных удобрений, кг/га (2013–2014 гг.)
Размеры дополнительного выноса азота при внесении соломы, дополнительной дозы азота и биопрепарата составили 2–21 %. Внесение с соломой азота в дозе N10/т соломы увеличивало урожайность культуры, следовательно, вынос элемента до 72 кг/га. Вынос азота зерном ячменя составил 37–47 кг/га, на фоне минеральных удобрений – 53–67 кг/га, вынос элемента с соломой – соответственно 15–19 и 22–29 кг/га. На долю газообразных потерь элемента и инфильтрацией приходилось 13 кг/га, на фоне минеральных удобрений потери увеличились до 21 кг/га.
В приходных статьях баланса более высокий удельный вес составляло поступление азота с удобрениями (59 кг д.в./га), а также фиксация молекулярного азота свободноживущими микроорганизмами. Внесение дополнительной добавки азота 10 кг/т соломы также обеспечивало увеличение статьи прихода относительно варианта с соломой. Следует отметить, что в вариантах с внесением соломы без минеральных удобрений приходная часть азота была почти в два раза меньше, чем в вариантах с внесением фона NPK.
Отдельное применение соломы практически не влияло на вынос азота относительно контроля. В то время как отдельное внесение биопрепарата способствовало увеличению выноса элемента (выше контроля на 4 кг/га). По-видимому, его внесение стимулирует рост растений, усиливает поступление элементов питания (Красюк Л. М., 2010).
Баланс азота по всем вариантам, кроме совместного внесения соломы, N10, биопрепарата на фоне минеральных удобрений, был отрицательный и составлял от –3 (варианты NPK, NPK+ солома + дополнительная доза азота, NPK + солома+ биопрепарат) до –53 кг/га (внесение биопрепарата в чистом виде). Однако, в вариантах с внесением соломы совместно с N10 и биопрепаратом баланс азота находился на уровне контрольного варианта и составил – 49 кг/га, т. е. дополнительная прибавка урожайности формировалась за счет биологического азота. На варианте внесения соломы в чистом виде баланс составил – 43 кг/га.
Следует отметить, что на варианте использования соломы совместно с N10 на фоне NPK, наблюдался бездефицитный баланс азота, значение его было равно 0.
Достаточная обеспеченность почвы доступными для растений формами фосфорных соединений и восполнение запасов фосфора, отчуждающихся выносом товарной части урожая является приоритетным направлением в агрохимии, ввиду чрезвычайной важности этого элемента для нормальной жизни и деятельности сельскохозяйственных культур. Однако иных существенных источников для растений кроме как почвенных запасов и внесенных удобрений нет. Именно по динамике изменения содержания фосфора в почве можно делать вывод о культуре земледелия независимо от форм хозяйствования (Азаров В.Б., 2012).
Доступность для растений фосфатов почвы и внесенных удобрений зависит от соотношения постоянных процессов – мобилизации и иммобилизации, растворения и осаждения, адсорбции и десорбции, минерализации и биологического закрепления. Эффективное действие фосфорных удобрений на всех типах почв обусловливается низким содержанием в них подвижного фосфора (Шилов А.Н. и др., 2014).
Известно, что фосфорные удобрения, попадая в почву, претерпевают изменения, связанные с осаждением в труднорастворимые соли. Однако они находясь в свежеосажденном аморфном состоянии, способны растворяться в слабых кислотах, частично становясь доступным растениям, а остальная часть откладывается в потенциальные запасы (Кук Д.У., 1975). Некоторые авторы допускают, что при внедрении системы удобрений допускается умеренно отрицательный баланс фосфора, который не изменит фоновый уровень плодородия почвы (Окороков В.В. и др., 2014).