Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы
1.1. Отзывчивость ячменя на удобрение в различных почвенно-климатических районах 8
1.2. Взаимодействие макроэлементов в составе минеральных удобрений 28
1.3. Агроэкологическая оценка качества растительной продукции 31
2. Условия, методика и методы исследований
2.1. Гидротермические условия периодов вегетации 54
2.2. Методика и методы исследований 60
3. Результаты исследований
3.1. Содержание и запасы химических элементов в почве 66
3.2. Всхожесть семян, развитие проростков и корневой системы взрослых растений ячменя под воздействием удобрений 72
3.3. Динамика изменчивости и скорости прироста сухого вещества и листовой поверхности ячменя 77
3.4. Продуктивность ячменя в зависимости от доз и соотношения азота и фосфора в составе допосевного удобрения 81
3.5. Характер водопотребления на посевах ячменя при различных периодах вегетации в зависимости от удобрений 95
3.6. Химический состав и агроэкологическая оценка основной, побочной продукции ячменя и сорных растений, произрастающих в его посевах 97
3.7. Вынос и степень усвоения макроэлементов из удобрений урожаем ячменя и сорными растениями 109
3.8. Вынос тяжелых металлов урожаем ячменя и сорными растениями 116
4. Экономическая и энергетическая оценка применения удобрений при возделывании ячменя 125
Выводы 131
Предложения производству 134
Список использованной литературы 135
Приложения 158
- Отзывчивость ячменя на удобрение в различных почвенно-климатических районах
- Содержание и запасы химических элементов в почве
- Продуктивность ячменя в зависимости от доз и соотношения азота и фосфора в составе допосевного удобрения
- Вынос тяжелых металлов урожаем ячменя и сорными растениями
Введение к работе
Актуальность темы. Биологические особенности позволяют ячменю формировать урожаи зерна на более высоком уровне в сравнении с другими ранними яровыми культурами. Однако для изучаемой культуры до настоящего времени не установлены в достаточной степени оптимальные параметры и условия эффективного использования минеральных удобрений применительно к степным районам Южного Урала. В частности, отсутствуют рекомендации по дифференциации доз и соотношений азота и фосфора при различных гидротермических условиях периодов вегетации, не выявлены закономерности воздействия изучаемых элементов питания на белковость зерна ячменя, а также эффекта взаимодействия между ними, степени их усвоения из состава удобрений и расхода на образование единицы основной продукции. Совершенно отсутствует информация о доле участия разнотипных побегов в создании урожая зерна ячменя и его отклонении от контрольного фона питания под воздействием изучаемых факторов.
Нарастание техногенного загрязнения агроэкосистем различными токсикантами вызывает необходимость изучения их содержания в почве и растениях и, прежде всего, нитратов, а также химических элементов из группы «тяжелых» металлов. Учитывая постоянное и значительное наличие в посевах ячменя сорных растений, важно знать и их химический состав с целью получения качественных характеристик с агроэкологическим уклоном.
Цель и задачи исследований. Цель исследований - изучить направление и степень отзывчивости ячменя на азот и фосфор удобрений при одностороннем и совместном их использовании в различных дозах и соотношениях при неравнозначных гидротермических условиях периодов вегетации.
При этом было предусмотрено решение следующих основных задач:
изучить характер действия различных доз и соотношений азота и фосфора на урожайность и белковость зерна ячменя, определить оптимальные параметры их использования в засушливые и благоприятные периоды вегетации;
определить эффект взаимодействия между азотом и фосфором, а также степень их усвоения в относительном и абсолютном исчислении из состава вносимых удобрений;
- получить расчетным методом информацию о доле участия
разнотипных побегов в создании урожая зерна ячменя и его отклонении под
воздействием изучаемых фонов минерального питания;
- определить содержание нитратов и тяжелых металлов в зерне, соломе
ячменя, вегетативной массе преобладающих сорных растений, а на этой
основе осуществить агроэкологическую оценку качества растительной
продукции;
- расчетным методом определить степень сосредоточения макро- и
микроэлементов (тяжелые металлы) в зерне ячменя и величину их расхода на
образование единицы основной продукции;
осуществить оценку экономической и биоэнергетической эффективности рекомендуемых фонов минерального питания ячменя при различных гидротермических условиях периодов вегетации.
Научная новизна. Для степных районов Южного Урала в зоне расположения черноземов южных установлена необходимость дифференциации доз и соотношения азота и фосфора в составе допосевного удобрения ячменя в зависимости от характера влагообеспеченности его посевов. Установлено усиление и увеличение случаев положительного эффекта взаимодействия макроэлементов при засушливых периодах вегетации. Выявлено существенное превышение предельно - допустимых уровней по содержанию нитратов и тяжелых металлов в соломе ячменя и присутствующей в ней надземной массе сорных растений. Впервые определена в относительном исчислении степень рассредоточения металлов по основной и побочной продукции ячменя и величина их расхода на 1 топну зерна.
Установлено два факта негативного воздействия минеральных удобрений на ячмень: снижение белковости зерна при одностороннем внесении фосфора, а также его продуктивности при дефиците атмосферного увлажнения.
Практическая ценность. Выявленные на основе полевого метода исследований оптимальные дозы и соотношения изучаемых макроэлементов позволят с более высокой окупаемостью использовать их как при засушливых, так и благоприятных условиях периода вегетации ячменя. Одностороннее внесение фосфора позволяет повысить урожайность зерна, в зависимости от условий, на 2-17%, а азота, при благоприятных климатических условиях - на 23-26%. При сочетании же азота и фосфора, в рекомендуемых дозах и соотношениях, урожайность зерна ячменя возможно увеличить на 21% даже при недостаточной влагообеспеченности его посевов, при благоприятных же условиях этот показатель возрастает до 36%.
Основные положения, выносимые на защиту. - оценка направления и степени отзывчивости ячменя на одностороннее и совместное допосевное внесение азота и фосфора при различной влагообеспеченности посевов;
- оценка эффекта взаимодействия макроэлементов и степени их
усвоения из удобрений в целях пояснения причин изменения продуктивности
ячменя;
изменение белковости зерна под воздействием изучаемых видов, доз и соотношений удобрений;
агроэкологическая оценка качества зерна и соломы ячменя;
- экономическая и энергетическая оценка рекомендуемых фонов
минерального питания ячменя.
Апробация работы и публикация в печати. Основные положения диссертационной работы представлялись, докладывались и обсуждались на научных конференциях в г.г.Оренбург (1999г.), Санкт-Петербург (1999г.). По теме диссертации опубликовано 5 работ.
Диссертация выполнена в соответствии с тематикой научных исследований Оренбургского ГЛУ и является частью темы: «Разработка биологических и агрофизических методов восстановления плодородия почв и управление продуктивностью агроэкосистем в условиях Южного Уральского региона» (№ государственной регистрации 01960006478).
Объём и структура работы. Диссертация изложена па 215 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 4 глав, выводов и рекомендаций производству, содержит 37 таблиц, 43 приложения в таблично цифровом исполнении. Список литературы состоит - из 263 наименований, в том числе иностранных - 23.
Условия, объекты, методика и методы исследовании
Объект исследований - ячмень яровой, сорт - Донецкий-8.
Методы исследований —полевой, вегетационный, лабораторный.
Полевые опыты приводились в течение 4-х лет (1996-1999гг.) на черноземе южном, среднегумусном, среднемощном, средпесуглинистом центральной зоны Оренбургской области (учхоз ГЛУ).
Климатические условия периодов вегетации были неравнозначными: 1997г. и 1999г. - благоприятные, 1996г. и 1998г. - засушливые. Гидротермический коэффициент в эти годы составлял соответственно 1.38; 0,93 и 0,44; 0,24. Суммарное водопотребление на посевах ячменя при засухе было в пределах 740-1680 м3, при благоприятных условиях 2220-2600 м'/га.
Схема полевого опыта - полная факториальная, при четырех градациях азота и фосфора (0, 1, 2, 3). Единица принятой градации соответствовала 30 кг/га д.в. Общее количество вариантов - 16 (4 х 4). Удобрения (мочевина, двойной суперфосфат) вносились до посева, вразброс, под отвальную обработку почвы по непаровому предшественнику (яровая пшеница).
Размещение повторений - в 3 яруса (блока), повторений -рендомизировапиое.
В лабораторном опыте по мере возрастания градаций дозы макроэлементов составляли 0,06-0,20-0,40 г д.в. на 1 кг песка. В вегетационном опыте применялась только средняя доза удобрений. Повторпость в этих опытах - четырехкратная. Масса почвы в сосудах - 10 кг, количество растений - 15.
Развитие корневой системы определялось методом учета её сухой массы после отмывки водой (вегетационный и лабораторный опыты).
Руководством для проведения опытов послужили рекомендации Б.А.Доспехова (1979), П.Г.Найдина (1965), В.Н.Перегудова (1978), А.В.Соколова и др. (1938).
Основные химические анализы почвы и растений выполнены в агрохимцентре «Оренбургский». Содержание тяжелых металлов (ТМ) в изучаемых объектах определялось методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии. Подвижные формы ТМ извлекались из почвы ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН = 4,8 (МУ ЦИНАО, 1993г.). В растительных образцах ячменя и сорняков содержание ТМ определялось в их зольных растворах тем же методом.
Определение содержания макроэлементов в растениях проводилось в одной навеске, после мокрого её озоления, с последующим определением NU6m.- по Кьельдалю, Р205 - на ФЭК (е), К20 - на пламенном фотометре.
Степень усвоения азота и фосфора из состава удобрений определена методом разности (В.В.Прокошев, 1970).
Степень сосредоточения ТМ в основной продукции определена расчетным методом на основе данных биологической урожайности и содержания в зерне ячменя экотоксикантов данной группы.
Энергетическая оценка степени эффективности возделывания ячменя на различных фонах питания осуществлена по В.В.Коренец и др. (1985г.).
Урожайные данные обработаны математически, дисперсионным методом (Б.А.Доспехов, 1979). Математическое моделирование (нелинейное, квадратичное) зависимости результативного признака (урожайность зерна) от изучаемых факторов (азот, фосфор: их дозы и соотношения) осуществлено на персональном компьютере по специальной программе кафедры математики Оренбургского ГАУ (М.К.Базаров).
Отзывчивость ячменя на удобрение в различных почвенно-климатических районах
Ячмень возделывается со времен зарождения земледелия (Ф.Х.Бахтеев, 1953). По мнению В.Ф.Валькова (1986), ячмень лишь немногим уступает пшенице по давности введения в культуру. Многообразие форм ячменя позволяет выращивать эту культуру везде, где возможно земледелие. По посевным площадям и валовому сбору зерна в мировом производстве ячмень уступает лишь пшенице, рису и кукурузе. В мировом земледелии площади его возделывания составляют около 80 млн. га (Г.В.Коренев и др., 1990).
Посевы ячменя в России распространены повсеместно от Крайнего севера до субтропиков. Значительно возросли посевные площади под яровым ячменем в послевоенный период. Если в 40-50-х годах яровой ячмень высевался на площади 11,5-12,0 млн. га, то в 1971-1975 г.г. она возросла с 21,3 до 32,5 млн. га, а в 1976-1980 г.г. посевная площадь была в пределах 31,6-37 млн. га (А.Н.Селиванов, В.И.Гармашов, Ю.А.Калус, 1982).
В Российской Федерации в 1992 г. посевные площади под ячменем составили 13746 тыс. га (Российская Федерация в 1992г., 1993; Народное хозяйство ..., 1993). Так как ячмень используется и в качестве страховой культуры, то в отдельные годы, когда приходится пересевать погибшие озимые, площади посевов его заметно возрастают (П.Ф.Гаркавый, А.А.Линчевский, 1973).
По данным ФАО, из 130-150 миллионов тонн ежегодных валовых сборов ячменя 42-48% расходуется на промышленную переработку, включающие приготовление различных комбикормов, 6-8% - на производство пива, 15% - на пищевые и 16% - непосредственно на кормовые цели (Э.Д.Неттевич, З.Ф.Аниканова, Л.М.Романова, 1981).
В нашей стране основное количество зерна ячменя (около 70% валового сбора) расходуется на кормовые цели (А.Я.Трофимовская, 1954, 1972).
Зерно ячменя содержит много белка и крахмала и является прекрасным кормом. В белке ячменя содержится весь набор незаменимых аминокислот, включая особо дефицитные - лизин, триптофан (З.Б.Борисоник, 1974).
На долю ячменя в общем производстве концентрируемых кормов приходится 55-75%. Недостающее количество кормов покрывается в основном за счет пшеницы, что экономически нецелесообразно. Ведь зерно пшеницы более дорогое и менее ценное по качеству белка, чем ячменя (П.Ф.Гаркавый, А.А.Ленчевский, 1973).
В кормовом отношении зерно ячменя более ценно в сравнении с другими зерновыми культурами. В зерне ячменя больше незаменимых аминокислот, в том числе лизина, а метионина столько, как у овса или пшеницы (М.Ф.Томе, Р.В.Мартуненко, 1972).
По аминокислотному составу белка, включая лизин, ячмень сбалансирован лучше других зерновых.
Ячмень используется также для продовольственных целей, но особую ценность он представляет для пивоваренной промышленности. Государство стимулирует производство ячменя для пивоварения, оплачивает зерно, соответствующее требованиям ГОСТ, по повышенным ценам.
В последние десятилетия возросла роль ячменя в зерновом балансе страны. Увеличились площади посева, урожайность и валовые сборы зерна этой культуры. Ячмень прочно занял по этим показателям 2 место после пшеницы (Э.Д.Неттевич, З.Ф.Аниканова, Л.М.Романова, 1981).
Повышение удельного веса ячменя - явление не случайное. Одна из главных причин, обусловливающих расширение площадей под ячмень по мере роста интенсификации сельского хозяйства является высокая отзывчивость на удобрение (Э.Д.Неттевич и другие, 1981).
Исключительно важную роль удобрений для сельского хозяйства предвидел Д.И.Менделеев, который считал, что в будущем масштабы производства и значение минеральных удобрений станут сопоставимы с одним из важнейших и нужнейших производств - производством железа.
Среди трех макроэлементов вносимых под ячмень азоту необходимо уделять особое внимание и прежде всего по следующим обстоятельствам:
- азоту принадлежит определяющая роль в синтезе белковых веществ;
- содержание доступных его соединений в почве определяется химическим составом гумусовых веществ, структурой использования пашни и активностью нитрифицирующих бактерий, деятельность которых в существенной степени определяется суммой эффективных температур;
- вынос азота урожаем полевых культур выше в сравнении с другими элементами питания, а в основной продукции он сосредотачивается в размере 80-90% от величины абсолютного выноса. Это свидетельствует о безвозвратном отчуждении из почв хозяйств с товарной продукцией значительных количеств этого элемента питания;
- при одностороннем внесении эффективность фосфорных удобрений зависит от степени обеспеченности почв доступным азотом;
- внесение азота возможно не только в почву, но и не корневым способом;
- нитраты, обладая способностью высокой подвижности по профилю почвы, могут оказать и отрицательное воздействие на качество вод грунтовых и открытых водоемов, а также на качество растительной продукции.
Валовое содержание азотов в почвах Оренбургской области составляет, в зависимости от их типа и подтипа, 0,15-0,5% (4,5-13 т-га в слое 0-30 см). Доля же доступных (минеральных) соединений азота невелика и колеблется в пределах 0,1-1,5% от общих его запасов. В степных районах преобладающими являются окисленные минеральные соединения азота, нитраты, по количеству которых в слое почвы 0-40 см и принято оценивать степень обеспеченности почвы, а значит и растений этим ведущим макроэлементом.
Эта форма азота вырабатывается из гумуса в теплое время года бактериями - нитрификаторами, в связи с чем содержание такого азота в почве не отличается стабильностью. Определять ее необходимо только при анабиозе (в состоянии покоя) отмеченных выше микроорганизмов, что происходит при температуре почвы менее +10С (2-3 декада октября и 2-3 декада апреля). В таких условиях содержание азота нитрата становится постоянным, и по его количеству в слое почвы 0-40 см возможно объективное суждение о степени обеспеченности растений доступным азотом.
Наибольшее содержание азота нитратов отмечено в темно-каштановых почвах, минимальное - в черноземах типичных. Имея значительное преимущество по содержанию общего азота над другими типами почв, черноземы типичные отличаются пассивностью в деле высвобождения из состава гумуса доступных соединений азота. Основные причины слабой естественной подзарядки азотом нитратов отмеченного типа почв в северной зоне области: удлиненная ротация севооборотов, вызывающая истощение почв; небольшая сумма эффективных температур за период от уборки предшествующих культур до ухода нитрифицирующих бактерий в состоянии покоя; более сложный химический состав гумусовых веществ.
В зонах расположения темно-каштановых почв вследствии короткой ротации севооборотов, большей суммы эффективных температур минерализация происходит интенсивней. В силу этих обстоятельств в данном типе почв содержание азота нитратов достигает наибольших значений.
Расположение агрофонов по их влиянию на накопление N-N03 в почве следующее: пар - отвальная вспашка после зерновых культур - отвальная вспашка после пропашных культур - плоскорезная обработка - многолетние травы (под их покровом).
В растениях фосфор сосредоточен в основном в составе следующих органических веществ: нуклеиновые кислоты, фосфатиды (комплексные соединения фосфора с глицерином и жирными кислотами), фосфо-протеиды (фосфор + белок), фетин и аденозинтрифосфорная кислота (АТФ).
Имеются в растениях и минеральные соединения фосфора, способные к реутилизации.
В зерне хлебных злаков фосфор сосредотачивается в размере 60-80% от величины общего его выноса с урожаем и основной побочной продукции. Это свидетельствует о необходимости первоочередного внесения в почву фосфоросодержащих удобрений.
Основные направления полезного действий фосфора:
- ускорение развития и созреваний растений;
- повышение их холодостойкости и засухоустойчивости, содержание в них Сахаров и устойчивости к полеганию;
- увеличение белковости зерна, но только в случае высокого содержания доступного азота в почве.
Валовое содержание фосфора в почвах колеблется, в зависимости от их типа, в пределах 0,05-0,2% (1,5-6 т-га в слое почве 0-30 см). Из этого количества 65-70% фосфора сосредотачивается в минеральной части почвы и соответственно 35-25%) в органической части.
Содержание и запасы химических элементов в почве
Наиболее полная агрохимическая характеристика разреза чернозема южного (0-100 см) приведена в таблице 3.1.1.
Величина рН водной вытяжки несколько увеличивается вниз по профилю почвы, однако, в пахотном слое она в целом соответствовала нейтральной реакции.
Содержание гумуса в верхних слоях почвы (3,7-4,2%) - типично для изучаемого подтипа черноземных почв.
На долю поглощенных оснований (Са + Mg ) в составе почвенно-поглощающего комплекса приходится 98% от общей суммы поглощенных почвой катионов.
По валовому содержанию в слое почвы 0-30 см на первом месте находится калий (2,2-2,8%)), на втором - азот (0,21%) и на третьем - фосфор (0,16%).
Учитывая, что преобладающая часть азотистых соединений сосредотачивается в органическом веществе, понятен факт существенного снижения содержания общего азота с увеличением глубины почвенного профиля, начиная со слоя 40-60 см. В отличие от азота, размеры снижения содержания фосфора не были столь значительными, что поясняется преимущественным скоплением этого элемента в минеральной части почвы.
В таблице 3.1.2 приведены расчетные данные запасов макро, а также микроэлементов из группы тяжелых металлов, как в валовом исчислении, так и подвижных их форм. На этой основе была получена возможность определить и долю доступных соединений, в процентах от валовых запасов изучаемых химических элементов. Этот показатель составлял, в зависимости от элемента, 0,3-2,7%.
Лишь доля доступных соединений свинца и кадмия оказалась на более высоком уровне - соответственно 9,2 и 11,8%.
Необходимо отметить, что по содержанию подвижных форм ни один из металлов не превысил временных предельно - допустимых уровней, что свидетельствует о вполне удовлетворительной экологической чистоте изучаемого подтипа черноземных почв.
Содержание в динамике азота нитратов, подвижного фосфора и обменного калия в пахотном слое почвы под посевами ячменя представлено в таблице 3.1.3. За период от посева до восковой спелости зерна ячменя отмечено закономерное снижение макроэлементов, что обусловлено их поглощением на рост и развитие постоянно увеличивающейся по массе надземных и подземных частей изучаемой культуры.
Содержание азота нитратов (N-NO3) после непарового предшественника было низким и составляло весной, при температуре почвы менее 10С, 5,5-10 мг/кг. Определение только это формы азота обусловлено следующими обстоятельствами. Во-первых, в какой бы форме азот не поступал в почву, он превращается в нитраты благодаря активной деятельности нитрифицирующих бактерий. Аммонийный же азот является как бы резервным фондом для образования нитратов. По данным А.Е.Кочергина (1984) содержание обменного аммония в черноземных почвах как осенью, так и весной обычно невысоко, а летом даже близко к нулю.
В условиях непромывного режима почв засушливых районов страны количество нитратов необходимо определять в слое 0-20, 0-40 см при температуре почвы не более 10С, при которой нитрифицирующие бактерии бездействуют, а значит в таких условиях вполне возможно объективное суждение о степени обеспеченности почв доступным азотом. Эти рекомендации, а также специальную школу подготовили А.Е.Кочергин и др. (1971), Г.П.Гамзиков (1981), А.Е.Кочергин (1957, 1984).
В почвенных образцах нашего опытного участка содержание азота нитратов было низким, причем по той причине, что предшествующие культуры в значительной степени поглощали этот элемент на формирование своей биомассы. Снижение активности микрофлоры вследствие ухудшения влагообеспеченности приводило, вероятно, к уменьшению количества доступного азота в почве.
Содержание в почве подвижного фосфора и обменного калия соответствовало средней степени обеспеченности по шкале Мачигина.
Продуктивность ячменя в зависимости от доз и соотношения азота и фосфора в составе допосевного удобрения
Экспериментальный материал по вопросам направления и степени воздействия минеральных удобрений на урожайность зерна ячменя представлен в шести таблицах и двенадцати приложениях, включая и информацию в разрезе отдельных периодов вегетации и отдельных повторений (приложение 1-8, 26-29).
Урожайность зерна ячменя показана только в биологическим исчислении, что должно быть обязательным при проведении всех специальных агрохимических изысканий, в частности при расчетах выноса макро- и микроэлементов, а также степени их усвоения из состава вносимых удобрений.
Биологическая урожайность обеспечивает и наиболее полное представление о размерах абсолютного и относительного отклонения продуктивности культуры от контроля под воздействием изучаемых факторов. При учете же урожая комбайнами, в особенности отечественной конструкции, с увеличением мощности потока зерна возрастают и его потери, что несомненно искажает результаты истинного эффекта изучаемого агроприема.
Пределы колебаний урожайности зерна были следующими: в засушливые периоды вегетации - 17,4-24,1 ц, при благоприятных условиях -32,8-44,6 ц/га (таблица 3.4.1). В разрезе же отдельных лет продуктивность ячменя представлена в приложениях 2, 3,, 4, 5, 6, 26-29. Из представленных данных видно, что неблагоприятные гидротермические условия вдвое снижают продуктивность ярового ячменя, существенно ограничивают полезное действие удобрений, а в ряде случаев они даже оказывают негативное влияние на развитие растений. Последнее происходит на всех фонах с односторонним внесением азота, где относительное снижение урожая составляло 1-13%, а также при использовании повышенных общих норм азота и фосфора (N6oP9(b ОРЗО- ЦРЭО)- Подобные негативные факты могли произойти лишь в силу превышения фактической концентрации почвенного раствора его предельно допустимых значений при дефиците влагообеспеченности посевов в засушливые периоды вегетации 1996г. и 1998г.
Одностороннее внесение фосфора, при всех его трех дозировках, было положительным, независимо от типа периодов вегетации: при дефиците влаги размер прибавок урожая зерна ячменя в относительном исчислении составлял 7-10%), при достаточной влагообеспеченности - 13-17%».
Действие азота в благоприятные периоды вегетации было на 3-8% сильнее действия фосфора, при одностороннем внесении этих элементов питания.
Сочетание изучаемых макроэлементов, в оптимальных дозах и соотношениях, обеспечивает наибольшие размеры прибавок урожая, независимо от условий периодов вегетации. При засухе, из числа 16-ти изучаемых фонов питания, лучшим признан фон NiPi (N3oP3o) при благоприятных условиях - фон N2P3 (N60P90X обеспечивших увеличение урожайности зерна ячменя соответственно на 4,1 и 11,8 ц/га (21 и 36% к контролю). Размеры прибавок существенны, о чем свидетельствуют данные таблицы 3.4.1 и приложений 2-6, 26-29.
При структурном анализе растительных образцов ячменя, в период полной его спелости, проводился учет продуктивности как главных, так и боковых побегов. Это позволило определить не только долю отдельных побегов в общем продуктивном стеблестое, но и долю их участия в создании урожая зерна, а также его отклонений от контроля под воздействием изучаемых фонов питания. Результаты расчетов приведены в таблице 3.4.2 и двух приложениях (2,3). Благодаря сравнительно высокой энергии продуктивного кущения (2,2-2,6) в посевах ячменя преобладали боковые побеги (54-61%). Разнотипные побеги оказались примерно одинаковыми по силе своего воздействия на создание урожая зерна (главные - 46-57%), боковые - 43-54%)). Прибавки же урожая на лучших фонах питания (N30P30, N60P90) на 63-78% были обеспечены за. счет лучшего развития боковых продуктивных побегов, доля же участия главных стеблей составляла соответственно 37-22%. Но это - средние показатели, а при оценке данных отдельных лет выявлено, что в засушливых условиях роль главных побегов в деле создания положительного отклонения урожая достигает 54-100%, а отрицательного - 26-76% (приложение 3). В благоприятные же периоды вегетации роль боковых продуктивных побегов кущения в деле создания отклонения урожая с положительным знаком возрастает до 56-100%) (приложение 2).
Формирование наибольшего урожая зерна ячменя на целом ряде испытуемых фонов питания прежде всего происходит за счет благоприятного сочетания трех таких показателей, как густота стояния растений, энергия продуктивного кущения и масса зерна в колосе. Произведение этих значений и дает воможность определить размер биологического урожая основной продукции зерновых культур. Информация по данному вопросу приведена в таблице 3.4.3 и приложениях 1-3. В изучаемые периоды вегетации плотность продуктивного стеблестоя на наиболее оптимальных фонах минерального питания (NiPi, N2P3) достигала 6,3-6,4 млн.штук на 1 га, что на 13-19%) было выше контрольного варианта (средние значения). Крупность зерна, озерненность колоса и масса зерна в нем в благоприятные годы превышала соответствующие показатели засушливых периодов вегетации соответственно на 28-33, 36-50 и 50-80%. Положительное воздействие удобрений особенно существенным образом сказалось на общей густоте продуктивного стеблестоя благодаря увеличению кустистости ячменя на 13-19%.
Выход зерна (относительная его масса в сравнении с общей биологической массой надземных органов ячменя) колебался, в зависимости от вариантов опыта, в пределах 37-48% и повышался под действием удобрений на 3-7% в относительном исчислении.
При оценке степени полезного действия сочетания макроудобрений были проведены специальные расчеты с целью определить значения так называемого «эффекта взаимодействия». Полученные данные приведены в таблице 3.4.4 и приложении 6. Расчеты осуществлялись двумя методами: по методу разности, предложенным Н.Д.Сгіиваковским в 1987г., а также по методу соотношений, впервые показанном А.В.Ряховским в 1990г.
Схема метода разности: NP - (N + Р), ц/га. При этом, эффект взаимодействия - это разность между прибавкой урожая зерна от применения смеси удобрений и суммой прибавок урожая, полученных при одностороннем внесении элементов питания в дозах и соотношениях, равновеликих парному варианту.
Схема метода соотношений: NP : N (Р) макс, %. Эффект взаимодействия по этой схеме - это соотношение между прибавкой урожая, полученной на парном варианте и максимальной прибавкой урожая, полученного от одностороннего использования одного из элементов питания в той же дозе, что вносилась и в составе смеси удобрений.
По первой схеме положительный эффект взаимодействия отмечен только в засушливые периоды вегетации и при использовании четырех сочетаний азота и фосфора (NjPi - NiP3, N2Pi). Максимального положительного эффекта удалось достичь на варианте NiPi (N30P30), при общей дозе макроэлементов 60 кг/га и их соотношении 1:1. Достигнутые значения - это результат лучшего проявления эффекта синергизма ионов совместно вносимых удобрений и негативного действия азота при одностороннем его использовании в засушливые периоды вегетации. В относительно же благоприятные годы положительный эффект был достигнут лишь в одном случае - на варианте N2P3 (N60P90) в 1997г. (приложение 6), что обусловлено существенным приростом урожая зерна на фонах с односторонним внесением удобрений, в особенности азотных.
По второй схеме (соотношений) положительный эффект взаимодействия макроэлементов отмечается в большем количестве парных их сочетаний: при засухе - на вариантах NiPi и N2Pi, при благоприятных гидротермических условиях - на вариантах N1P3, N2P3 (таблица 3.4.4). И по данной схеме также установлено увеличение числа парных вариантов с положительным эффектом взаимодействия макроэлементов при ужесточении гидротермических условий периода вегетации. Так, в острозасушливый, 1998г., подобные факты отмечены на четырех вариантах: NiPi - N1P3 и N2Pi. В частности, при сочетании N : Р = 1 : 1 (КзоРзо) эффект положительного взаимодействия по методу соотношений достиг наибольшего значения - 542% (приложение 6).
Положительные эффекты взаимодействия стали возможными благодаря наиболее высоким значениям степени усвоения макроэлементов, при совместном их использовании, как в относительном, так и в абсолютном исчислении. Подтверждающая информация по этому вопросу представлена в разделе 3.7 данной диссертационной работы.
Вынос тяжелых металлов урожаем ячменя и сорными растениями
На основе данных химического состава, а также урожайности основной и побочной продукции (радел 3.4, 3.6) нами был рассчитан вынос ячменем экотоксикантов из группы тяжелых металлов, как в абсолютном, так и в относительном исчислении (таблица 3.8.1, приложение 23). По среднему абсолютному выносу расположение металлов, в порядке их убывания было следующим: железо (633-883 г/га) - цинк (144-174) - марганец (129-164) -медь (28-33) - никель (1,7-2,9) - хром (1,3-2,3) - свинец (1,1-1,3) - кадмий (0,15-0,26 г/га). Подобное расположение обусловлено, прежде всего, соответствующим снижением содержания металлов в зерне и соломе ячменя, о чем убедительно свидетельствует информация, приведенная в разделе 3.6.
Важно знать и степень сосредоточения металлов в основной продукции ячменя, которая широко используется в пищу человеку и при кормлении с.-х. животных. Наиболее низкая степень сосредоточения в зерне ячменя отмечена по железу (29-38% от размеров общего абсолютного выноса), наиболее высокая - по кадмию (50-54%). Относительный же вынос других металлов был не уровне 28-49%. Это свидетельствует о том, что 72-51% этих металлов сосредотачиваются в соломе, которая зачастую используется в рационе животных в качестве грубого корма. В связи с этим, вполне возможны факты прямого негативного воздействия изучаемых экотоксикантов на здоровье животных. Вполне возможен и возврат металлов в почвы хозяйств с подстилочными формами органических удобрений. Для снижения степени загрязнения почвы и устранения возможного отрицательного воздействия металлов на здоровье животных, солому ячменя следует рекомендовать к уничтожению методом сжигания, а золу применять в качеств удобрения саженцев древесных культур, используемых для выращивания лесополос и при озеленении городов и населенных пунктов.
Необходимо отметить наличие тенденции увеличения сосредоточения в зерне ячменя ряда тяжелых металлов при благоприятных гидротермических условиях периода вегетации. Так, в 1997 году, вынос кадмия с зерном достиг 65%, цинка - 67%, меди - 62% от размеров общего их выноса биологическим урожаем надземной массы ячменя при полной его спелости (приложение 23).
Размеры общего абсолютного выноса металлов - нестабильны во времени и существенно варьируют по причине неравнозначности урожаев ячменя. Об этом убедительно свидетельствуют экспериментально-расчетные данные, приведенные в приложении 23. Относительный же вынос и расход металлов на образование 1 тонны зерна ячменя - величины более стабильные. По результатам среднего расхода металлы располагаются в следующем порядке: железо (263-308 мг/1 т) - цинк (57-62) - марганец (52-57) - медь (12) - никель (0,7-1,1) - хром (0,7-0,8) - свинец (0,39-0,46) - кадмий (0,06-0,10 г/1 тонну зерна), с учетом и соответствующего их выноса побочной продукции. Эти данные, как и в случае с макроэлементами (азот, фосфор, калий) вполне возможно использовать при расчете общего абсолютного выноса металлов, для чего достаточно произведение фактической урожайности зерна ячменя (т/га) на полученные нами средние значения расхода изучаемых экотоксикантов.
Данные по общему абсолютному выносу и расходу тяжелых металлов основными видами сорных растений, произрастающими в посевах ячменя, приведены в таблице 3.8.2 и приложении 24, 25. Расположение металлов по их выносу, в порядке убывания, было сходным с ячменем, но на несколько уровней ниже по причине меньшей надземной биомассы сорняков. Информация по этому вопросу приведена в таблице 3.8.2 и приложении 24. Установлено, что при неблагоприятных гидротермических условиях периода вегетации 1998 года, масса надземных органов сорных растений в 2-5 раз превышала соответствующие показатели 1997 года, отнесенного к сравнительно оптимальным по влагообеспеченности посевов. Случившийся факт результат меньшей затененности сорных растений вследствие угнетения растений ячменя в засушливые годы. Это обстоятельство привело к увеличению общего абсолютного выноса металлов, а именно: меди - в 1,5-9 раз, цинка - в 4-8, железа - в 4-26, кадмия - в 3-5, марганец - в 12-14 раз. Сорные растения при уборке ячменя становятся составной частью соломы, а потому понятен факт существенного ухудшения качества побочной продукции изучаемой культуры, часто используемой как грубый корм в рационе животных, в засушливые периоды вегетации из-за резкого увеличения тяжелых металлов в надземных органах сорняков.
Специалисты хозяйств, определив учетным методом воздушно-сухую массу сорных растений, могут рассчитывать и количество тяжелых металлов, дополнительно и невольно поступивших в состав соломы ячменя в различные периоды вегетации. Основой для осуществления подобных расчетов послужат полученные нами данные расхода металлов на образование 1 тонны сухого вещества сорных растений (таблица 3.8.3). Расход металлов, как и общий абсолютный их вынос, возрастает в несколько раз при недостаточной влагообеспеченности посевов. Наиболее высокие показатели расхода отмечены по железу, марганцу, меди, цинку, никелю. Наибольших значений расхода металлов достигает у проса сорно-полевого, осота и гречишки вьюнковой.