Содержание к диссертации
Введение
2. Обзор литературы. состояние применения органических и минеральных удобрений при возделывании овса на дерново-подзолистых почвах 9
2.1.Биологические особенности овса и условия его возделывания в Нечерноземной зоне РФ 9
2.2. Влияние различных систем удобрения на урожайность овса 17
2.3.Качество овса при использовании органических и минеральных удобрений 28
2.4.Влияние органических и минеральных удобрений на изменение агрохимических свойств почвы 33
3. Условия и методика проведения исследований 46
3.1. Агроклиматические условия западной части Нечерноземья России 46
3.2. Объекты и методы исследований 51
4. Влияние органических и минеральных удобрений на урожайность овса 55
4.1. Закономерности действия органических и минеральных удобрений на урожайность овса в 4-ой ротации севооборота 55
4.2. Зависимость урожайности овса от доз и сочетаний органических и минеральных удобрений при длительном их применении 63
5. Влияние органических и минеральных удобрений на качество овса 71
5.1.Влияние органических и минеральных удобрений в различных дозах и сочетаниях на химический состав овса 72
5.2. Влияние различных доз и сочетаний органических и минеральных удобрений на технологические показатели качества зерна овса 79
5.3.Влияние различных доз и сочетаний органических и минеральных удобрений на содержание тяжелых металлов в зерне овса 84
6. Влияние различных доз и сочетаний органических и минеральных удобрений на вынос, баланс питательных элементов и коэффициенты их использования из удобрений 87
6.1 .Вынос питательных элементов урожаем овса 87
6.2.Баланс питательных веществ и коэффициенты их использования из удобрений 91
7. Влияние длительного применения различных доз и сочетаний органических и минеральных удобрений на состояние органического вещества почвы 97
7.1. Закономерности действия органических и минеральных удобрений на динамику органического углерода и кислотность дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы 98
7.2.Влияние длительного применения удобрений на групповой состав гумуса 102
8. Энергетическая и экономическая эффективность длительного применения удобрений при возделывании овса в севообороте 105
8.1. Энергетическая эффективность действия органических и минеральных удобрений в различных дозах и сочетаниях 105
8.2. Экономическая эффективность применения различных доз и сочетаний органических и минеральных удобрений 107
Выводы по
Предложения производству 113
Список использованной литературы
- Влияние различных систем удобрения на урожайность овса
- Объекты и методы исследований
- Зависимость урожайности овса от доз и сочетаний органических и минеральных удобрений при длительном их применении
- Влияние различных доз и сочетаний органических и минеральных удобрений на технологические показатели качества зерна овса
Влияние различных систем удобрения на урожайность овса
Овес относится к числу древних культур. Изначально он встречался как сорняк в посевах полбы, пшеницы и ячменя. Позднее, при продвижении на север, посевы овса постепенно вытесняли более теплолюбивые злаки. На Руси овес известен с VII в. н.э.
В настоящее время овес представлен большим количеством видов, однако, по некоторым данным, лишь одиннадцать из них имеют практическое значение. Посевной овес подразделяют на две формы: пленчатую и голозерную. Первая форма характеризуется большей урожайностью в отличие от второй и занимает основные посевные площади (Вавилов, 1986).
В мировом земледелии площадь посева овса составляет около 18,5 млн. га. Широкое распространение имеет данная культура в странах Западной Европы, а также в США и Канаде. В России к основным районам возделывания овса относят Нечерноземную, Центрально-Черноземную зоны, Среднее Поволжье, Урал, Западную и Восточную Сибирь. В среднем площадь посевов в нашей стране составляет 3,6- 4,5 млн. га (Федотов, Сафонов и др., 2010).
Овес является растением умеренного климата. Он холодостоек и влаголюбив. На формирование урожайности и практически все технологические качества зерна большое влияние оказывают внешние факторы (Saastamoinen, Kumpulainen, 1989), такие как природно-климатические условия зоны, в которой культура выращивается, реакция почвенного раствора, температурный, водный режимы почвы и др.
По данным А. А. Завалина и др. (2011), урожайность и качество овса на 55% определяются гидротермическими условиями вегетационного периода. В большей степени при этом подвержены воздействию гидротермических условий такие важные показатели качества зерна овса, как кислотность и натура. Для получения дружных всходов влажность почвы пахотного слоя должна быть на уровне 60-70% полевой влагоемкости. На выращивание 10 ц зерна расходуется 80-140 мм воды.
Период от выхода в трубку до выметывания является критическим в потреблении влаги овсом, он плохо переносит летнюю засуху. Однако благодаря быстро развивающейся корневой системе, обладающей высокой поглотительной способностью, от весенней засухи страдает меньше, чем яровая пшеница и ячмень (Вавилов и др., 1981; Федотов, Сафонов и др., 2010).
Водный режим почвы и эффективность удобрений находятся в прямой зависимости. Засушливые периоды негативно влияют на рост и развитие растений, так как они замедляют процессы питания и приводят впоследствии к недобору урожая. Так, на слабоокультуренной дерново-подзолистой почве при дефиците влаги в период максимального водопотребления, урожайность может снизиться в полтора раза, а прибавка от удобрений - в 2-6 раз (Сигаркин, Кузнецова, 1973).
Температурный режим почвы также является важным фактором формирования урожайности растений, так как он функционально связан с потенциалом почвенной влаги. Понижение температуры почвы обусловливает повышение потенциала влаги, и наоборот, повышение температуры приводит к уменьшению потенциала влажности. Температура почвы влияет на накопление подвижных питательных веществ и перенос их из почвенного раствора к поверхности корней. Отмечается, что температура ниже 10С отрицательно сказывается на поступление всех минеральных элементов в корневую систему растений (Афанасьев и др., 1981; Муромцев, 1981; Ягодин, 1989).
Овес малотребователен к теплу. Семена начинают прорастать при температуре 1-3С. Всходы хорошо переносят кратковременные весенние заморозки (до минус 5-7С). В период всходов и кущения овес предпочитает прохладную погоду (15-18С). Однако при этом высокие температуры и воздушные засухи овес переносит хуже ячменя и яровой пшеницы. Оптимальные суммы активных температур для нормального роста и развития растений раннеспелых сортов овса- 1200-1700С, а для позднеспелых - 1900-2100С.
Овес менее требователен к почвенному плодородию и кислотности, чем другие яровые хлеба. Он хорошо удается на дерново-подзолистых, серых лесных и черноземных почвах различного гранулометрического состава и кислотности (от 5 до 7,5рН). Легче переносит повышенную кислотность (рН 4,5-5,5). Это объясняется тем, что хорошо развитая корневая система овса способна проникать на большую глубину, чем у пшеницы и ячменя, и лучше усваивает питательные вещества из труднорастворимых соединений почвы. Поэтому зачастую овес (в одновидовых посевах или в смеси с бобовыми) высевают первой культурой при освоении заболоченных подзолистых почв и торфяников, а также залежных земель (Практическое руководство..., 1987; Недайборщ, 2009).
Освещенность растений и поглощение ими питательных веществ из почвы находятся, как и другие факторы жизни, в непосредственной связи. Свет обеспечивает растения энергией, которая необходима для фотосинтеза, в процессе которого растительные организмы усиленно поглощают элементы минерального питания, создают и накапливают ассимилянты, часть которых используют впоследствии в процессе дыхания, а часть оставляют «про запас». Овес является растением длинного светового дня и для своего развития требует продолжительного освещения. Для того, чтобы пройти все фазы развития, овсу требуется от 80 до 120 дней. Как и другие длиннодневные растения, овес зацветает при продолжительности светового дня, равной 16-20 часам. Освещенность растений в полевых условиях можно регулировать с помощью изменения ширины междурядий, направления рядков и мер борьбы с сорняками (Михалев и др, 2007) Помимо климатических факторов на продуктивность сельскохозяйственных культур влияют и такие факторы, как обработка почвы, выбор сорта, применение средств защиты растений и др.
Обработка почвы под овес должна осуществляться в соответствии с требованиями научно обоснованных систем земледелия, которые могут различаться в зависимости от свойств почв, их гранулометрического состава, степени окультуренности, особенностей рельефа местности, на которой расположены почвы, и т.п. Лучшие результаты в большинстве зон, как правило, получают при ранней зяблевой обработке. В таежно-лесной и лесостепной зонах применяют отвальную зяблевую обработку, плоскорезную же обработку проводят обыкновенно на почвах, подверженных ветровой эрозии. По плоскорезной обработке, как правило, проводится предпосевное рыхление культиваторами (Практическое руководство..., 1987).
На дерново-подзолистых среднесмытых почвах Смоленской области рекомендуют применять безотвальную вспашку. Этот элемент противоэрозионной технологии в засушливые годы способен оказывать положительное действие на урожайность культур, выращиваемых на данной почве (Шмырева и др., 2006).
На тяжелых и переувлажненных почвах предпочтительно проводить чизелевание или щелевание до или после зяблевой обработки на глубину 35-40 см. На легких почвах применяют прикатывание кольчатыми катками.
Во многих источниках отмечается отзывчивость овса на боронование до всходов и по всходам. Бороны рыхлят почву, разрушая почвенную корку. Благодаря этому создаются благоприятные условия для появления дружных всходов и доступа воздуха к корням растений. По всходам боронуют овес в фазе кущения, когда растения уже достаточно хорошо укореняются в почве. Установлено, что боронование резко снижает засоренность посевов, повышает влажность почвы на 2-2,5% относительно неборонованных посевов, а также увеличивает продуктивную кустистость и число колосков в метелке овса.
Объекты и методы исследований
По данным T.M. Серой и др. (2011), запашка 10,3-18,3 т/га соломы культур, возделываемых на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве стационарного полевого опыта Института почвоведения и агрохимии в СПК «Щемыслица», способствовала поступлению в почву 41-71 ц С/га, 70-129 кг N/ra, 35-60 кг Р2С 5/га, 148-357 К20/га, а также 50-75 кг СаО/га. При этом содержание гумуса в почве за счет использования соломы увеличилось на 0,04-0,08%.
Применение растительных остатков, в частности соломы зерновых, в качестве удобрения в чистом виде и совместно с минимальной дозой полного минерального удобрения (N30P20K30), несмотря на обогащение почвы органическим веществом и питательными элементами, способно привести к неустойчивому эффекту из-за связывания минерального азота в начальный период роста и развития растений и слабой его доступности в период закладки репродуктивных органов (Назарюк, Калимуллина, 2010).
Положительное действие соломы, как правило, проявляется не в год внесения, а на второй и последующие годы, когда из нее высвобождается связанный микрофлорой азот. Согласно данным, полученным Новозыбковской опытной станцией ВНИИА в Брянской области, наибольший эффект от применения на дерново-подзолистой песчаной почве 5 т/га соломы озимой ржи на фоне минеральных удобрений наблюдался в последействии. Урожай второй культуры 4-польного севооборота (ячменя) увеличивался на 22%, а третьей (сераделлы) -на 38%. Далее последействие удобрения имело затухающий характер (Повышение плодородия, продуктивности..., 2002).
Прекращение систематического использования соломы на удобрение на легких дерново-подзолистых почвах, как правило, приводит к быстрому снижению в почве уровня накопленных запасов органического вещества, так как этот прирост гумуса создается в основном за счет подвижных гуминовых и фульвокислот, слабо закрепленных минеральной частью почвы (Русакова, 2009).
Многие исследователи отмечают целесообразность применения соломы в комплексе с навозом, пометом и другими видами органических удобрений. Так, результаты совместных исследований ВНИИА и Рязанского НИПТИ, проведенных на дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве, показывают, что в вариантах с сочетанием полного минерального удобрения (N120P120K120 под кукурузу и N60P60K60 под ячмень) с соломой (3 т/га) и сидератом (5 т/га), а также NPK с соломой и навозом (30 т/га) и NPK с соломой, сидератом и навозом содержание гумуса в почве к концу опыта оставалось на исходном уровне в отличие от контрольного варианта (без удобрений), варианта с внесением NPK и варианта с использованием соломы на фоне NPK, где было отмечено снижение содержания гумуса на 0,2, 0,2 и 0,1% соответственно (Мерзлая, Ефремов, Лукин и др., 2010).
Наряду с соломой и навозом, другим важным источником органического вещества являются сидераты, которые также называют зеленым удобрением. По данным Е. П. Харламова (1990), запашка 20-30 т зеленой массы сидеральных культур эквивалентна внесению 15 т/га компоста.
С пожнивными остатками многолетних трав в почву поступает в среднем 100 кг/га азота, который лучше закрепляется почвой, по сравнению с азотом минеральных удобрений, более активно включается в синтез гуминовых, фульвокислот и негидролизуемого остатка, принимая при этом непосредственное участие в повышении плодородия почвы. В приводораз дельной и нижней частях склона эродированной дерново-подзолистой почвы потери азота при внесении надземной массы многолетних трав по сравнению с потерями азота при внесении минеральных удобрений ниже в 2,9-8 и 1,3-2,6 раза соответственно (Шмырева, Соколов,
Цуриков, 2012). Запашка узколистного люпина в сидеральных парах под озимые зерновые, по данным опытов ВНИИОУ, на супесчаных почвах способствует повышению урожая зерна на 25-30% . Также данный прием имеет длительное, 3-4-летнее, последействие (Новиков и др., 2001).
Сбор кормовых единиц в целом за ротацию севооборота с многолетним люпином в опыте К.И. Довбана (2009), проведенном на дерново-подзолистых почвах Белоруссии, по сравнению с фоном (без запашки сидерата) на контроле без минеральных удобрений был выше на 92%, или на 15 ц/га, а по минеральному удобрению - на 8,5 ц/га, или на 23%.
Высокий агрономический эффект обеспечивается при применении регламентированных доз таких нетрадиционных удобрений как осадки сточных вод в чистом виде и компостах с торфом, соломой и опилками. Это связано с улучшением физических свойств почвы, увеличением в ней содержания основных питательных элементов и органического углерода, повышением биологической активности, а, в конечном итоге, и увеличением продуктивности сельскохозяйственных культур (Пахненко, 2007)
Более широкое и научно обоснованное применение альтернативных органических удобрений является необходимым условием модернизации земледелия и ресурсосберегающих агротехнологий производства продукции растениеводства (Сычев, Минеев, 2011).
Таким образом, анализ литературных материалов показывает, что овес посевной является ценной сельскохозяйственной культурой, широко используемой на продовольственные, кормовые и другие цели. При этом для успешного его возделывания на дерново-подзолистых почвах, особенно легкого гранулометрического состава, целесообразно применять научно обоснованные системы удобрения, в первую очередь органоминеральные. Однако конкретные дозы органических и минеральных удобрений и их сочетания при длительном применении под овес разработаны недостаточно. В связи с этим, в условиях дерново-подзолистых легкосуглинистых почв актуально проведение соответствующих исследований.
Зависимость урожайности овса от доз и сочетаний органических и минеральных удобрений при длительном их применении
Объектом исследований является стационарный полевой опыт, заложенный в 1978 году на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве в п. Олыпа Смоленской области.
В геоморфологическом отношении территория хозяйства, где был заложен полевой опыт, находится на западе Восточно-Европейской (Русской) равнины в пределах Смоленской возвышенности, объединяющей моренно-холмистые участки и моренные равнины междуречья с отметками от 220 до 300 м над уровнем моря.
Климат района умеренно-континентальный. Характеризуется сравнительно теплым летом и умеренно холодной зимой с устойчивым снежным покровом. Среднегодовая температура воздуха колеблется в пределах 3,5-5С. В январе, самом холодном месяце, средняя температура воздуха составляет от -8,3 до -9,9С. Самый теплый месяц - июль, средняя температура которого составляет 16,6- 17,7С. Годовой приход суммарной солнечной радиации в области - около 3789 МДж/м .
Отрицательной стороной климата Смоленской области являются заморозки. В первой декаде мая обыкновенно прекращаются весенние заморозки, но часто они возвращаются во второй половине этого месяца. Осенние заморозки наступают в третьей декаде сентября. Абсолютно безморозный период длится 120-140 дней. Вегетационный период составляет 170-180 дней. Сумма положительных температур за этот период 1950-2200, что полностью удовлетворяет потребность изучаемой культуры овса в тепле. Годовая сумма осадков в Смоленской области колеблется от 530 до 835 мм, что характерно для зон достаточного увлажнения. Наиболее сухое время - весна, а наиболее влажный период - летний. В каждый из летних месяцев в среднем выпадает 50-90 мм осадков, а в целом за вегетативный период 270-300 мм. Однако изменчивость количества осадков в отдельные месяцы из года в год очень велика, поэтому их сумма может значительно отклоняться от средней величины. Так, во влажные годы может выпасть до 950 мм, в сухие же - до 350 мм.
Устойчивый снежный покров устанавливается, в среднем по области, в начале декабря, но в отдельные годы разница в датах его образования может достигать двух месяцев. Наиболее ранние сроки его образования приходятся на конец октября, наиболее поздние - начало января. Высота снежного покрова к концу января на открытых участках превышает 20 см, на защищенных - 35 см. Максимум высоты снега наблюдается в конце февраля - начале марта. Продолжительность периода с устойчивым снежным покровом составляет в среднем 125-135 дней. Запасы воды за счет снега за зиму составляют 70-160 мм.
По почвенно-географическому распространению территория хозяйства расположена в южной части лесной зоны в подзоне дерново-подзолистых почв, преобладающих в Смоленской области и занимающих около 83% ее территории. Развиты дерново-подзолистые почвы на покровных пылеватых (лессовидных) суглинках (70%), на моренных суглинках (7%), на водно-ледниковых и древне - аллювиальных супесях и песках (около 15%), а также на двучленных наносах. Песком или супесью представлен обыкновенно верхний нанос, суглинистой мореной - нижний.
Большинство дерново-подзолистых почв характеризуется сравнительно низким содержанием усвояемых (минеральных) форм азота, подвижного фосфора, гумуса (1-2%), высокой кислотностью (рН 4,4-5,0), недостаточной выраженностью структуры и близким расположением к поверхности подзолистого горизонта. Почвы достаточно обеспечены влагой и отзывчивы на применение органических и минеральных удобрений.
Исходя из вышеизложенного, можно заключить, что Смоленская область находится в полосе благоприятных агроклиматических условий, обеспечивающих выращивание ряда озимых и яровых зерновых, в том числе овса, а также пропашных культур, однолетних, многолетних трав и зернобобовых (Агроклиматические ресурсы..., 1970, Региональная система земледелия..., 2013).
Потребность во влаге у овса изменяется по фазам развития и роста. Для формирования высокого урожая качественного зерна необходим оптимальный погодный режим с достаточным количеством осадков и пониженной температурой воздуха в период кущения-выметывания. При засухе в это время урожай зерна овса резко снижается. Однако результатом избытка влаги в начальный период роста может стать усиленное кущение и излишняя мощность вегетативной массы, что впоследствии способно привести к полеганию растений и потере урожая.
Агроклиматические условия в годы проведения опыта при возделывании овса (1982, 1989, 1991, 1995, 2001, 2008, 2009) были типичными для зоны, однако различались по количеству осадков и температуре воздуха (по данным метеостанции «Смоленск»).
Как видно из данных таблицы 2 и рис. 1, 2, метеорологические условия 1982 г. и 2001 г. оказались засушливыми, неблагоприятными для возделываемой культуры овса. За вегетационный период данных лет выпало всего 350 и 347 мм осадков соответственно при среднемноголетнем значении, равном 419 мм. Температура воздуха в оба года в среднем за вегетацию была выше среднемноголетних данных на 0,5 и 1,6 градусов соответственно. 1991 г. и 1995 г. наоборот были наиболее влажными среди всех изучаемых с суммой осадков за период апрель-сентябрь 506 и 601 мм соответственно.
Влияние различных доз и сочетаний органических и минеральных удобрений на технологические показатели качества зерна овса
В среднем по двум полям, согласно ГОСТ 28673-90 для заготавливаемого на продовольственные цели овса в вариантах одностороннего внесения навоза (0003),с минеральной системой удобрения (3330), а также органоминеральной системой удобрения с однократными дозами (ПП)зерно соответствовало 3 классу. Повышение доз удобрений до 4-кратных обеспечивало выход зерна 1 класса. Также зерно с высокой натурой, соответствующей зерну 1 класса, было получено при применении калийной системы удобрения (547 г/л). Вместе с тем для приготовления крупы было пригодным зерно в вариантах с односторонним внесением калия (0030) и органоминеральной системой удобрения (4444).
Исходя из вышеизложенного можно сделать вывод, что несбалансированное одностороннее внесение азотных, фосфорных и калийных удобрений, а также навоза оказалось для оптимизации большинства технологических показателей качества зерна малоэффективным по сравнению с применением их в комплексе.
Среди органоминеральных систем особенно выделялась система в 4-кратных дозах удобрений, которая позволяла получать зерно с более высокой массой 1000 зерен и низкой пленчатостью, что свидетельствует о высоком его качестве. Для улучшения натуры зерна оказалось целесообразным применение органоминеральной системы удобрений с повышением доз до четырехкратных.
Влияние различных доз и сочетаний органических и минеральных удобрений на содержание тяжелых металлов в зерне овса
Зерно овса, поставляемого на продовольственные цели, должно быть не только качественным, но также безопасным для потребителя, т.е. соответствовать установленным нормативными документами требованиям к допустимому содержанию химических, радиологических, биологически активных веществ и их соединений. Систематическое применение удобрений может стать причиной накопления в почве и растениях опасных для человека веществ, к числу которых относятся тяжелые металлы.
С целью выяснения зависимости накопления таких тяжелых металлов как кадмий, свинец, ртуть и мышьяк в зерне овса, возделываемого в конце 4 ротации зернотравного севооборота (2008 г., поле 1), были проведены исследования в контрастных вариантах полевого опыта, результаты которых приведены в табл. 11. В контрольном варианте без применения удобрений содержание кадмия в зерне овса составляло 0,04 мг/кг. Наиболее значительное повышение его содержания в растениях отмечено при использовании органоминеральной системы с максимальными в опыте дозами удобрений (5555), а также одних азотных удобрений (3000) - до 0,07 и 0,08 мг/кг соответственно, что, однако было ниже допустимого уровня для зерновой продукции, установленного нормами СанПиН2.3.2.1078-01. Практически не оказывали влияния на накопление данного тяжелого металла в зерне органическая система удобрения (0003) и органоминеральные системы в низких 1-2 и 3-кратных дозах. При их использовании количество кадмия оставалось на уровне контрольного варианта.
В накоплении в зерне овса свинца наблюдалась сходная закономерность. Наименьшая концентрация элемента в зерне отмечалась в органоминеральном варианте с 1-кратными дозами удобрений и составляла 0,19 мг/кг. Одностороннее применение фосфора и азота значительно повышало количество свинца - на 0,25 и 0,27 мг/кг соответственно относительно неудобренного контроля. В органоминеральных вариантах прослеживается прямая зависимость увеличения содержания свинца в зерне от доз вносимых удобрений (рис. 21).
При использовании органоминеральной системы в 5-кратных дозах его содержание достигало максимального значения в опыте и, вместе с тем, границы допустимого уровня - 0,5 мг/кг.
Между накоплением в зерне ртути и удобрениями зависимость не установлена. Во всех вариантах опыта ее содержание было равным 0,01 мг/кг при допустимом уровне 0,03 мг/кг. При использовании полного минерального удобрения и органоминеральной системы в пятикратных дозах, было отмечено незначительное повышение содержания мышьяка в зерне овса.
В 2008 г. на поле 1 были отобраны также почвенные пробы для анализа на содержание кадмия, ориентировочно допустимая концентрация которого для дерново-подзолистых легкосуглинистых почв с рН 5,5 составляет 1 мг/кг (ГН 2.1.7.2511-09).
Согласно результатам исследований (рис. 22), наибольшее влияние на повышение содержания кадмия в почве было выявлено при одностороннем применении азотных удобрений. При внесении одних калийных и фосфорных удобрений его содержание увеличивалось на 0,15 и 0,21 мг/кг соответственно относительно неудобренного варианта, где содержание кадмия в почве было наименьшим в опыте - 0,30 мг/кг. Использование полного минерального удобрения способствовало увеличению количества кадмия на 0,12 мг/кг относительно контроля. Менее всего влияли на накопление данного элемента в почве органическая система и органоминеральные системы в 1-3-кратных дозах. Повышенные, 4-5-кратные дозы, органических минеральных удобрений способствовали увеличению содержания кадмия в почве до 0,48 и 0,56 мг/кг соответственно.
Однако в целом по вариантам содержание данного элемента в почве даже при самых высоких в опыте дозах органических и минеральных удобрений (N150P150K150 +15 т/га навоза) было меньше ОДК, из чего можно сделать вывод об экологической безопасности всех исследуемых в опыте вариантов удобрений.
