Содержание к диссертации
Введение
2. Обзор литературы 5
2.1. Характеристика почвенно-климатических условий республики Калмыкия 5
2.2. Агрохимическая характеристика основных типов почв республики Калмыкия 7
2.3. Основные факторы продуктивности сельскохозяйственных культур в засушливых зонах 12
2.4. Эффективность применения минеральных удобрений в условиях недостаточного увлажнения 23
2.5. Биологические особенности и отзывчивость на удобрения яровой пшеницы в районах недостаточного увлажнения 26
2.6. Влияние условий питания и погоды на качество зерна 36
3. Экспериментальная часть 39
3.1. Объекты, методы и условия проведения исследований 39
3.2. Динамика показателей почвенного плодородия в условиях земледелия республики Калмыкия 40
3.3. Баланс элементов питания республики Калмыкия 51
3.4. Связь агрохимических свойств почв с урожайностью зерновых культур 55
3.5. Влияние различных доз и соотношений на урожай яровой пшеницы 61
3.6. Вынос питательных веществ и коэффициент их использования яровой пшеницей из удобрений и почвы 71
3.7. Влияние удобрений на качество зерна яровой пшеницы 83
4. Заключение и выводы 88
Рекомендации производству 93
Список литературы 94
Приложение 110
- Агрохимическая характеристика основных типов почв республики Калмыкия
- Основные факторы продуктивности сельскохозяйственных культур в засушливых зонах
- Динамика показателей почвенного плодородия в условиях земледелия республики Калмыкия
- Вынос питательных веществ и коэффициент их использования яровой пшеницей из удобрений и почвы
Введение к работе
Характерной особенностью современного сельскохозяйственного производства республики Калмыкия является поиск путей повышения продуктивности земледелия. Республика Калмыкия относится к зоне рискованного земледелия с неустойчивым увлажнением и большими контрастами климатических и почвенных условий. В связи с засушливостью климата и наличием большого количества почвенных разностей в республике необходимо вести анализ фактической динамики плодородия почв с учетом метеорологических условий для более рационального использования удобрений и других элементов дифференцированной агротехники.
Важной задачей повышения производительности земледелия республики является изучение минерального питания сельскохозяйственных культур с учетом не только климатических условий зоны, но и конкретной сложившейся агрометеорологической обстановки в каждом году и на конкретной почвенной разности.
Актуальным в решении вопросов устойчивости земледелия республики является расширение видового и сортового состава сельскохозяйственных культур и разработки наиболее гибких систем удобрения. Эти системы должны учитывать микрорельеф и микроклимат полей республики и возможность замены культур в соответствии со складывающимися погодными условиями на этих полях.
Яровая пшеница не получила широкого распространения в республике Калмыкия. В то же время в полупустынной степи Волгоградской и Оренбургской областей, климат и почвенный покров которых близки к таковым в республике, эта культура широко распространена и дает урожаи равные и более высокие, чем урожаи озимой пшеницы в республике.
Н.М. Тулайков (2000) - крупный знаток сухого земледелия еще в 20-е годы прошлого века, учитывая ценные экологические качества яровой пшеницы, рекомендовал эту культуру для районов рискованного земледелия восточных районов страны.
Практическое земледелие республики Калмыкия остро нуждается в разработках, позволяющих создать такую систему, которая бы дала возможность в различных условиях дифференцированно осуществлять мероприятия по повышению урожайности.
В связи с этим наши исследования посвящены изучению сложившегося уровня плодородия почв республики и влиянию минеральных удобрений на урожайность яровой пшеницы в различные по агрометеорологическим условиям годы.
Целью наших исследований было:
Провести анализ динамики почвенного плодородия и определить возможности его воспроизводства.
Изучить эффективность применения минеральных удобрений под яровую пшеницу на светло-каштановых почвах с целью определения возможностей расширения видового состава сельскохозяйственных культур, возделываемых в республике.
В задачи исследований входило:
Провести оценку плодородия пахотных почв республики и выявить направленность его изменений.
Определить динамику баланса элементов питания пахотных почв республики в динамике.
Выявить основные антропогенные и естественные факторы, влияющие на плодородие почв республики.
Изучить влияние различных доз и соотношений минеральных удобрений на урожайность яровой пшеницы.
Изучить условия и факторы, влияющие на вынос элементов питания яровой пшеницей.
Изучить условия и факторы, влияющие на величину коэффициентов использования элементов питания яровой пшеницы из почвы и удобрений.
Изучить условия и факторы, влияющие на качество зерна яровой пшеницы.
2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
Агрохимическая характеристика основных типов почв республики Калмыкия
Почвенный покров республики Калмыкии отличается комплексностью, которая обусловлена развитым микрорельефом, недостаточным и неустойчивым атмосферным увлажнением. В связи с этим даже незначительные различия в перераспределении осадков влияет на растительность, водно-солевой режим почв и процессы гумусонакопления.
Почвенный покров Калмыкии представлен следующими почвами: черноземы обыкновенные карбонатные; темно-каштановые почвы карбонатные; каштановые почвы солонцеватые, их комплексы с солонцами каштановыми; светло-каштановые почвы солонцеватые, их комплексы с солонцами каштановыми; солонцы каштановые в комплексе с темно-каштановыми и каштановыми почвами солонцеватыми; солонцы каштановые в комплексе со светло-каштановыми почвами солонцеватыми; бурые полупустынные почвы; бурые пустынные почвы солонцеватые; луговые почвы осолоделые, солонцеватые; луговые почвы осолоделые, солонцеватые; луговые почвы засоленные карбонатные; аллювиальные почвы; влажно-луговые, лутово-болотные почвы; солончаки; маршевые почвы и пески.
Наиболее плодородными из них являются черноземы обыкновенные карбонатные, которые занимают 2% почвенного покрова. Распространены на крайнем юго-западе республики. Занимает площадь 108,9 тыс.га. Черноземы обыкновенные карбонатные можно разделить на: чернозем мощный слабо-гумусированный тяжелосуглинистый, в котором содержание гумуса в горизонте А - 3,13%, емкость поглощения в пахотном слое - 27,58 мг-экв, рН - 8,7. Обеспеченность подвижным фосфором 2,4-2,5 мг/100 г почвы, обменным калием - 24-33 мг/100 г почвы; чернозем обыкновенный карбонатный средне-мощный слабогумусированный тяжелосуглинистый, в котором содержание гумуса - 2,7%, емкость поглощения - 21,87-25,16 мг-экв, содержание подвижного фосфора от 2,00 до 3,75 мг/100 г почвы, обменного калия от 21,00 до 39,00 мг/ЮОг почвы, реакция почвенного раствора щелочная; чернозем обыкновенный карбонатный среднемощный слабогумусированный глубокосолончаковый слабосмытый среднесуглинистый с содержание гумуса в горизонте А - 3,92%, величина емкости поглощения - 26,98 мг-экв. Реакция почвенного раствора - щелочная. Обеспеченность почв подвижным фосфором -6,00 мг/100 г почвы и калием - более 100 мг/100 г почвы (Джиджиков, 1968). Запасы гумуса в черноземах составляют от 170 до 260 т/га, что значительно ниже, чем в других зонах распространения черноземов обыкновенных.
Темно-каштановые и каштановые почвы преимущественно тяжелого гранулометрического состава и различной степени солонцеватости. Содержание гумуса в пахотном горизонте не превышает 3 %, запасы гумуса находятся в пределах 120-140 т/га. Реакция почвенного раствора -слабощелочная. Обеспеченность почв подвижным фосфором в основном низкая 11-25 мг/кг почвы, обменным калием - высокая 185-560 мг/кг почвы. Содержание валового фосфора в каштановых почвах порядка 0,17-0,18 %. В этих почвах преобладают минеральные фосфаты, относительное содержание которых составляет 50 - 90 % от валового (Гинзбург, 1981).
Светло-каштановые почвы образуют самую южную подзону сухих степей, переходную к полупустыне. Залегают, как правило, в комплексах с солонцами. По условиям рельефа расположены на равнинах и склонах различной крутизны. Почвообразующими породами служат лессовидные отложения от легкосуглинистого до тяжелосуглинистого гранулометрического состава.
Гумусовый горизонт А осветленный, бесструктурно-слоезатый, малой мощности (11-15 см); явно выраженный уплотненный бурый горизонт В комковато призмовидноЙ структуры (мощность - 22-28 см); очень плотный и глубокий глазково-карбонатный горизонт Ск, который на глубине 80-120 см сменяется более рыхлой толщей породы с выделениями кристаллического гипса и легкорастворимых солей.
Гранулометрический состав: на пашне преобладает сред несуглинистый, на пастбищах - легкосуглинистый, реже встречаются тяжелосуглинистые, супесчаные и песчаные разновидности. (Бакинова, 1999).
Солевой режим светло-каштановых почв характеризуется значительным увеличением количества водно-растворимых солей. Незначительное содержание гумуса 1,5-2,0 % объясняется тем, что процессы разложения и гумификации органических веществ в почвах солонцового комплекса крайне замедлены. Это обусловливается низкой влажностью почвы в течение большей части вегетационного периода. В свою очередь сухая почва ограничивает микробиологическую деятельность, замедляет биохимические процессы. Гумус солонцовой почвы характеризуется сравнительно большой подвижностью, что также является одной из причин обеднения почв гумусом, гидролитическая кислотность по профилю практически отсутствует. Сумма поглощенных оснований составляет 18,4 мг-экв на 100 г почвы, причем эти почвы насыщены основаниями (93 %). При содержании общего азота в светло-каштановых почвах 0,10-0,15% количество гидролизуемого азота колеблется в пределах от 48 до 150 мг/кг. При среднем содержании валового фосфора 0,07% количество подвижного фосфора по Мачигину в пахотном слое очень низкое, обычно меньше 27 мг/кг. В то же время светло-каштановые почвы характеризуются высоким содержанием обменного калия. В пахотном слое оно составляет 400 - 500 мг/кг почвы. (Радов, 1964). С окультуриванием в светло-каштановых солонцеватых почвах уменьшается содержание поглощенного натрия (в 2-3 раза) за счет соответствующего увеличения катионов кальция. (Радов, 1964).
Основные факторы продуктивности сельскохозяйственных культур в засушливых зонах
Продуктивность земледелия является производным природных и антропогенных факторов. Доля участия различных факторов в формировании урожая в значительной зоне степени определяется природной зоной. Соответственно и оптимизация регулируемых факторов должна рассматриваться применительно к конкретной зоне. Доля влияния погодных условий для сухо-степной зоны по данным ВТ. Сычева (2000, 2003) составляет 59,1%.
Количество осадков, температура воздуха и почвы не поддаются регулированию, и земледелие вынуждено лишь приспосабливаться к ним. Особенно это относится к республике Калмыкия, где повторяемость неблагоприятных погодных условий очень высока.
Одним из основных факторов снижения отрицательного действия погодных условий в засушливых районах является повышение плодородия почв.
Одним из важнейших агрохимических показателей, определяющих уровень потенциального плодородия почвы, является гумус (Егоров, 1981; Кононова, 1963, 1984; Лыков, Черников, 1978, Шимона, 1980). В процессе разложения гумуса и взаимодействия его с минеральными удобрениями создается наиболее благоприятный режим для растений. С количеством и качеством гумуса тесно связаны основные морфологические признаки почв, их водный, воздушный и тепловой режимы, важнейшие физические и физико-химические свойства. Чем больше запасы гумуса в почве, тем богаче она азотом, фосфором и другими питательными элементами (Тюрин, 1937; Майбо-рода, 1975; Шатилов, 1980; Щербаков, Рудай, 1983; Туев, 1988; Brune, 1990).
От него зависят количество и состав поступающих в почву растительных остатков, состав и дозы вносимых удобрений, характер механической обработки почвы.
Изменение структуры и запасов гумуса в почве определяется двумя основными факторами: а именно, с одной стороны, минерализацией и потерями гумуса за счет процессов эрозии и, с другой стороны, за счет растительных остатков и органических удобрений.
Средние запасы гумуса и азота в почвах засушливых районах светло-каштановых и бурых таковы: светло-каштановые почвы 70-120 т/га в слое 0-50 см, бурые (60-70 т/га) (Болотина, 1976). Важную роль в накоплении и трансформации гумуса играют органические и минеральные удобрения. Минеральные удобрения способствуют минерализации органического вещества и новообразованию гумусовых веществ в почве (Шевцова, 1967; Смирнов, 1970). В опытах А.К. Леонтьева (1969) проведенных на выщелоченном черноземе, внесение удобрений в звене севооборота увеличило интенсивность новообразования гумусовых веществ по сравнению с контролем по фосфорно-калийному удобрению на 29%, а по полному минеральному - на 45%. О положительном влиянии органических и минеральных удобрений, а также возделываемых культур на образование гумусовых веществ сообщают и другие исследователи (Гриб, Найденко, 1973; Шевцова, Сизова, 1974; Зверева, 1987; Державин, 1992).
На каштановых почвах степной и полустепной зон внесение навоза при дозах 40-80 т/га в сочетании с минеральными удобрениями оказывает устойчивое положительное влияние на содержание гумуса (Фридланд, 1985), пожнивный сидерат не оказывал выраженного влияния (Пронько, 1981). В литературе отмечается, что применение только минеральных удобрений без органических сдерживает уменьшение содержания гумуса в почве, по сравнению с вариантами без удобрений, не компенсируя его потерь (Хлыстовский, Вехов и др., 1979).
В связи с климатическими условиями для каштановых почв важное значение приобретают мероприятия по защите от засухи. При орошении каштановых почв снижается отношение Сг:Сф, верхние горизонты обогащаются фульвокислотами. Внесение минеральных удобрений при орошении под бессменные посевы озимой пшеницы не оказало существенного влияния на состав гумуса (цит. по Фридланд, 1985).
В каштановых почвах, так же как и в черноземах, при распашке общее содержание гумуса снижается (Тюрина-Зейналашвили, 1964; Коробской, 1995), В дальнейшем, при применении удобрений, прежде всего органических, и высокой культуре земледелия, это снижение может быть приостановлено, а в некоторых случаях возможно и повышение содержания. Причем в почвах, исходно бедных гумусом, содержание его может быть поднято выше исходного уровня (Радов, 1964; Джиджиков, 1968).
По сравнению с черноземными почвами гумус каштановых почв обогащен соединениями азота. Об этом свидетельствует более узкое отношение C:N, которое чаще всего в зависимости от подтипа, колеблется в пределах от 8 в светло-каштановых до 12 в темно-каштановых почвах (Алексеева, Ельников, 1976; Ганжара, 2001). Основные факторы, регулирующие азотный режим каштановых почв — количество выпадающих осадков и гидротермические условия (Венцкевич, 1964). С уменьшением количества осадков соотношение C:N в почвах снижается (Котельников, 1958; Дурасова, 1962; Варюшкина и др., 1974). Эта закономерность носит зональный и провинциальный характер (Аникст, 1986). Для рационального применения азотных удобрений необходимо знать содержание в почве нитратов, сильно варьирующее в зависимости от погодных условий, предшественника и других факторов. Важно знать, как складывается азотный режим почв после сильнозасушливых и сравнительно благоприятных по увлажнению лет.
В каштановых почвах основной формой минерального азота является нитратная вследствие быстрого окисления аммонийного азота до нитратов (Имангазиев, 1957; Процько, 1967; Радов, Чуян, 1977). Однако размеры запасов N-NO3 различались по годам и зависели от погодных условий (Коровин, 1972; Кореньков, 1976; Конончук, 1999). Их содержание подвержено сильным колебаниям, поскольку неустойчивое увлажнение почв часто ограничивает мобилизационные процессы. Нижележащие слои профиля почвы, которые более продолжительное время удерживают активный резерв влаги, характеризуются низкой нитрификационной способностью. Так, если энергия нитратонакопления в пахотном слое составила 37,7 мг N02 на 1 кг почвы, то в слое 40-60 см - 4,4, а в слое 80-100 см -35 (Радов, Чуян, 1977). Применение удобрений вызывает изменение в содержании нитратного азота во всем кор-необитаемом слое почвы.
Динамика показателей почвенного плодородия в условиях земледелия республики Калмыкия
На территории республики, согласно агропочвенному районированию выделено десять основных почвенных видов (Бакинова, Воробьева и др., 1999). Доминируют в почвенном покрове пахотных земель республики светло-капгтановые почвы (табл. 1). Бонитет пахотных земель республики по зональной оценке составляет 30,8 баллов. На естественные процессы почвообразования, в результате которых об разовались почвы, накладывается антропогенный почвообразовательный процесс. Химизация земледелия обусловила изменение ряда показателей, ха рактеризующих плодородие почв. При первом туре агрохимического обсле дования в 1964-1972 гг., доля почв пашни Калмыкии с очень низким и низ- ким содержанием фосфора составляла 41%, к 1996 году она сократилась до 25,6%. Изменения параметров почвенного плодородия в условиях современного земледелия имеют разнонаправленный характер. С одной стороны, улучшается пищевой режим почв, с другой — в ряде случаев происходит деградация некоторых свойств. Все это свидетельствует о необходимости изучения происходящих процессов, определения и достижения оптимальных параметров плодородия почв с целью получения устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур. Агрономические свойства почв, такие как содержание подвижных питательных элементов, содержание гумуса, реакция почвенного раствора тесно коррелируют с урожаем сельскохозяйственных культур и отражают уровень их эффективного плодородия. Почвенное плодородие в значительной мере определяется содержанием и качеством гумуса почвы. Содержание гумуса в почвах республики подчинено определенной зональности.
Оно обусловлено типом почв, характером почвообразугощих пород, климатическими условиями, а также степенью эродирован ности и окультуренности (табл. 2). Наибольшее количество гумуса содержат черноземы обыкновенные, далее к востоку оно постепенно уменьшается. Содержание гумуса в черноземах республики колеблется в пределах 2,5-4%, каштановых 1,5-1,9%, темно-каштановых 2,5-3,0%, светло-каштановых 1,0-1,6%, в бурых полупустынных в зависимости от гранулометрического состава: 1,0-1,5% в суглинистых и 0,5-0,9% супесчаных и песчаных. Сопоставляя данные по гумусированности почв в период 1986-1990 гг. с последними годами исследований следует отметить, что средневзвешенное содержание гумуса снизилось в светло-каштановых и бурых полупустынных суглинистых почвах в центральной природ но-сельскохозяйственной зоне (табл. 2). В целом по республике с течение последних 15 лет значительно возросли площади почв с низким содержанием гумуса (табл. 3). Процесс снижения гумусированности почв затронул в наибольшей степени черноземы, светло-каштановые и темно-каштановые почвы. Здесь следует отметить также сокращение общей площади пашни на 149 тыс. га по сравнению с первым туром агрохимического обследования и перевод деградированных земель в другие категории сельскохозяйственных угодий.
Значительные потери гумуса в пахотных почвах Калмыкии связаны с недостаточным уровнем применения органических и минеральных удобрений, высоким уровнем распаханности черноземов и каштановых почв, а также развитием эрозионных процессов. Наибольший уровень применения органических и минеральных удобрений был достигнут к 1990 году, в последующие годы их применение резко сократилось (табл. 4, 5). Наиболее низкий уровень применения удобрений отмечен на светло-каштановых почвах, имеющих наибольший удельный вес среди пахотных земель. Эрозионные процессы в значительной мере способствуют деградации почвенного покрова республики. По данным Калмыцкого ЮжНИИгидрозема площадь эродированных сельскохозяйственных угодий в республике состав- ляет более 2,2 млн. га или 29,4%, из которых на долю дефлированных прихо- дится 1,8 млн. га, водной эрозии подвержено 0,43 млн. га, в т.ч. 0,1 млн. га пашни. Водная эрозия проявляется на склоновых землях Ставропольской и Ергенинской возвышенностях, где ливневых характер осадков вызывает разрушение и смыв поверхностного плодородного слоя. Наиболее интенсивное проявление ветровой эрозии отмечено в Восточной равнинной зоне, где дефляции способствует незначительное количество осадков и легкий гранулометрический состав почв. Для достижения бездефицитного баланса гумуса необходимо использовать комплекс агромелиоративных мероприятий, но основными источниками пополнения гумуса являются органические удобрения и растительные остатки сельскохозяйственных культур. По нашим расчетам бездефицитный баланс гумуса может быть достигнут на черноземах и темно-каштановых почвах при внесении 6-8 т/га, светло-каштановых — 8-10 т/га органических удобрений при условии соблюдения противоэрозионных мероприятий. При этом главной задачей является не повышение содержания гумуса любой ценой, а на ближайшую перспективу целесообразно сохранение уже имеющегося уровня гумусированности почв.
Вынос питательных веществ и коэффициент их использования яровой пшеницей из удобрений и почвы
Важнейшим показателем эффективности применения удобрений является степень использования питательных веществ удобрений растениями. Размеры выноса азота, фосфора и калия с учетом запаса их в почве и коэффициентов использования применяются при расчете доз удобрений всеми известными методами. Кроме того, вынос элементов питания из удобрений и почвы является критерием обеднения почвы тем или иным элементом. В условиях проведения наших опытов хозяйственный вынос элементов питания значительно колебался в зависимости от условий года и доз минеральных удобрений (табл. 18). На контрольных вариантах опыта вынос азота увеличивался в соответствии с влагообеспеченностью вегетационного периода - в 1999 году он составлял 8,9 кг/га, а в 2001 году — 37,8 кг/га, т.е. в зависимости от метеоусловий вынос увеличился на 42%. При применении минеральных удобрений наибольший вынос азота был во все годы на варианте NeoPeo- По мере увеличения осадков он увеличивался с 31,2 кг/га до 63,4 кг/га, т.е. 20,3%. В таких же размерах увеличивался вынос (17-30%) и на других вариантах опыта.
Следовательно, влияние влагообеспе-ченности на вынос азота значительно больше на вариантах без применения удобрений, В среднем за три года проведения опытов вынос азота составлял на контроле 22,7 кг/га. Минеральные удобрения увеличили вынос азота на 13-19% в зависимости от дозы удобрения (табл. 20). Наибольший вынос азота был при внесении NggPeo — 43,6 кг/га. Относительный вынос (расход) азота подвержен меньшим колебаниям в зависимости от влагообеспеченности вегетационного периода (табл. 19). Внесение минеральных удобрений значительно больше влияет на расход его на 1 ц зерна (табл. 20). Хозяйственный вынос фосфора урожаем озимой пшеницы также изменяется в зависимости от влагообеспеченности. В 1999 году вынос его на контрольном варианте составил 5,1 кг/га, а в 2001 - 13,7 кг/га (табл. 18). Средняя величина выноса фосфора на контроле была равна 11,1 кг/га (табл. 20). Значительно больше вынос фосфора колебался при внесении минеральных удобрений. При этом его величина наиболее сильно варьировала в год с наименьшим количеством осадков. В среднем вынос фосфора на удобренных вариантах изменялся от 9,1 до 26,2 кг/га и был наибольшим на варианте Р60. По вариантам и годам проведения опыта расход фосфора на 1 ц зерна изменялся значительнее, чем азота (табл. 19). Расход фосфора при более благоприятных условиях влагообеспеченности был ниже как на контроле, так и на удобренных вариантах. Хозяйственный вынос калия был наименьшим в более засушливый год, как на контроле, так и на удобренных вариантах (табл. 18).
Расход калия на 1 ц зерна был наоборот ниже в условиях наибольшей влагообеспеченности 2001 года. Что касается выноса и расхода калия трудно говорить о какой-либо достаточно четко выраженной закономерности в зависимости от дозы и соотношения удобрений. Вынос элементов питания из удобрений значительно менялся в зависимости от количества осадков в год проведения опытов и дозы удобрения (табл. 21). Вынос из удобрений всех элементов питания был наибольшим в 1999 году, влагообеспеченность которого, как отмечалось выше, была ниже, чем в последующие годы, но более дифференцирована по сезонам вегетационного периода. Наибольшие различия в выносе из удобрений по вариантам были также в этом году. Различия по выносу азота составляли 38%, фосфора 33%. В среднем за три года проведения опытов наибольший вынос азота из удобрений был на варианте NgoPeo 20,9 кг/га, что составляло 48% от общего выноса, фосфора на варианте Рбо — 15,1 кг/га или 58% от общего выноса. Вынос калия из удобрений составлял 14,4 кг/га или 46% от общего выноса (табл. 22). На вариантах с внесением N30P30 и ИбоРзо большая доля выноса из уд о б- рения принадлежит азоту — 34 и 42% соответственно. При увеличении дозы фосфора до 60 кг/га на вариантах с NjoPeo и NeoPw Доля выноса фосфора из удобрений, относительно общего выноса смещается в сторону фосфора и составляет 54 и 49% соответственно (табл. 22).
